Fiche de révision : Chaînes d’énergie hydrauliques et pneumatiques

📋 Plan du Cours

1. Énergies pneumatique et hydraulique
2. Grandeurs caractéristiques des fluides
3. Structure de la chaîne d’énergie
4. Vérins et conversion en translation
5. Moteurs fluidiques et rotation
6. Générateur de vide
7. Fonction et constitution des distributeurs
8. Caractéristiques fonctionnelles
9. Symboles et schémas des distributeurs
10. Distributeurs monostables et bistables
11. Désignation des distributeurs
12. Applications pneumatiques

📖 1. Énergies pneumatique et hydraulique

★ À maîtriser

• Les systèmes pneumatiques utilisent l’énergie d’un gaz comprimé, généralement de l’air comprimé autour de 10 bars.

• Les systèmes hydrauliques utilisent l’énergie d’un liquide, souvent de l’huile, sous une pression de l’ordre de 200 bars et fournissent des puissances nettement supérieures aux systèmes pneumatiques.

Compléments

📌 L’hydraulique se caractérise par de grandes puissances, des vitesses limitées et une solution onéreuse, tandis que la pneumatique offre de faibles puissances, de grandes vitesses et une solution économique.

• Malgré leurs différences technologiques, les circuits hydrauliques et pneumatiques reposent sur un principe et une schématisation identiques.

💡 Astuce mémo

Air comprimé : faibles puissances ; huile sous pression : puissances supérieures

📖 2. Grandeurs caractéristiques des fluides

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression : Caractérise la capacité du fluide à exercer un effort et représente l’effort du fluide par unité de surface.
• Débit : Caractérise la quantité de fluide qui se déplace et constitue une grandeur flux.

★ À maîtriser

📐 Formule - La puissance d’un fluide est le produit du débit par la pression : $P=Q\,p$, avec P en watts, Q en m³/s et p en pascals.

Compléments

• La pression est une grandeur effort dont l’unité SI est le pascal, avec $1\,\mathrm{Pa}=1\,\mathrm{N/m^2}$.

• L’unité SI du débit volumique est le mètre cube par seconde (m³/s).

• La pression atmosphérique vaut environ 1 bar, soit $10^5\,\mathrm{Pa}$.

💡 Astuce mémo

Pression = effort ; débit = flux

📖 3. Structure de la chaîne d’énergie

★ À maîtriser

• La chaîne d’énergie hydraulique ou pneumatique transforme l’énergie fluidique en énergie mécanique.

• La chaîne d’énergie comprend successivement les fonctions suivantes.

Compléments

• L’énergie hydraulique ou pneumatique provient du mouvement d’une masse fluide, notamment de l’huile ou de l’eau en hydraulique et de l’air comprimé en pneumatique.

• La centrale hydraulique ou pneumatique alimente la chaîne, l’électrovanne distributeur module l’énergie, le vérin ou moteur la convertit, puis un mécanisme adapte et transmet l’énergie à la matière d’œuvre.

💡 Astuce mémo

Alimenter → moduler → convertir → adapter et transmettre → agir

📖 4. Vérins et conversion en translation

🔑 Notions clés & Définitions

• Vérin : Composant privilégié pour obtenir une translation en convertissant l’énergie pneumatique ou hydraulique en énergie mécanique de translation.

★ À maîtriser

📌 Dans un vérin simple effet, la pression n’est distribuée que d’un côté du piston et le retour est assuré par un ressort, tandis que dans un vérin double effet, la pression est distribuée alternativement de chaque côté du piston pour le déplacer dans les deux sens.

📐 Formule - La puissance pneumatique ou hydraulique absorbée par un vérin vaut $P_{\mathrm{absorbée}}=Q\,p$.

📐 Formule - La puissance mécanique de translation disponible sur la tige d’un vérin vaut $P_{\mathrm{utile}}=F\,V$, où F est la force disponible et V la vitesse de la tige par rapport au corps.

📐 Formule - La vitesse d’un vérin est égale au débit volumique divisé par la surface utile : $V=\frac{Q}{S}$.

📐 Formule - L’effort théorique d’un vérin est le produit de la pression par la surface utile du piston : $F_{\mathrm{th}}=pS$.

Compléments

• Un vérin est caractérisé par sa course, le diamètre de son piston et la pression de l’air.

📐 Formule - Le rendement d’un vérin est le rapport de sa puissance utile à sa puissance absorbée : $\eta=\frac{P_{\mathrm{utile}}}{P_{\mathrm{absorbée}}}$.

📐 Formule - En poussant, l’effort théorique d’un vérin vaut $F=p\,\frac{\pi}{4}D^2$, où D est le diamètre du piston.

📐 Formule - En tirant, l’effort théorique d’un vérin vaut $F'=p\,\frac{\pi}{4}(D^2-d^2)$, où D est le diamètre du piston et d celui de la tige.

• Pour calculer l’effort réel d’un vérin, il faut tenir compte des frottements et de la contre-pression ; l’effort théorique compense l’effort de charge, l’effort de frottement et l’effort de contre-pression.

📐 Formule - Le taux de charge d’un vérin est le rapport de l’effort de charge à l’effort théorique : $T_{\mathrm{charge}}=\frac{F_{\mathrm{charge}}}{F_{\mathrm{théorique}}}$.

💡 Astuce mémo

Simple effet : ressort de rappel ; double effet : pression des deux côtés

📖 5. Moteurs fluidiques et rotation

🔑 Notions clés & Définitions

• Moteur fluidique : Convertit l’énergie fluidique en énergie mécanique de rotation.

★ À maîtriser

• Dans un moteur pneumatique à palettes, l’air comprimé emprisonné entre les palettes entraîne la rotation de l’arbre de sortie.

📐 Formule - La puissance fluidique disponible à l’entrée d’un moteur vaut $P_e=Q_v(P-p_r)$, où Qᵥ est le débit, P la pression d’admission et pᵣ la pression d’échappement.

📐 Formule - La puissance mécanique en rotation disponible à la sortie d’un moteur vaut $P_s=C\,\omega$, où C est le couple à l’arbre de sortie et ω sa vitesse angulaire.

Compléments

• Les moteurs hydrauliques existent en trois types :

  • moteurs à engrenage
  • moteurs à palettes
  • moteurs à pistons

• Dans un moteur hydraulique à engrenage, une différence de pression agit sur les dents qui s’éloignent de la paroi du carter et entraîne la rotation des deux roues en sens opposé.

• Dans un moteur hydraulique, le mouvement d’un liquide met l’élément rotatif en rotation.

• Le moteur pneumatique à palettes est le type de moteur pneumatique le plus courant.

📐 Formule - La cylindrée est le volume déplacé par tour et vérifie $\mathrm{Cyl}=\frac{Q\,2\pi}{\omega}=\frac{Q\,60}{N}$, avec $\omega=\frac{2\pi N}{60}$.

📖 6. Générateur de vide

🔑 Notions clés & Définitions

• Générateur de vide : Appareil qui aspire l’air présent dans une canalisation et y crée une dépression.

📝 Points essentiels

• Dans un générateur de vide, le passage de l’air dans un rétrécissement augmente sa vitesse et diminue sa pression, de sorte que p₂ est inférieure à p₁ et qu’une dépression permet d’aspirer l’air de la canalisation.

💡 Astuce mémo

Rétrécissement → vitesse de l’air accrue → pression diminuée → aspiration

📖 7. Fonction et constitution des distributeurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Distributeur : Pré-actionneur qui, à la réception d’un signal de commande, dirige le débit d’air ou d’huile d’un circuit pneumatique ou hydraulique vers un actionneur.

★ À maîtriser

• Dans un distributeur, un coulisseau ou tiroir se déplace dans le corps et ouvre ou ferme des orifices d’air afin de piloter différents actionneurs.

Compléments

• Les distributeurs ont le même rôle que les contacteurs.

📖 8. Caractéristiques fonctionnelles

★ À maîtriser

• Un distributeur est caractérisé par le nombre d’orifices principaux nécessaires au fonctionnement des actionneurs, numérotés de 1 à 5, et par son nombre de positions, représenté par le nombre de cases du symbole.

Compléments

• Un distributeur peut avoir 2, 3 ou 4 positions.

📖 9. Symboles et schémas des distributeurs

★ À maîtriser

• Chaque position d’un distributeur est représentée par un carré, et les canalisations aboutissent à la case correspondant à la position initiale.

• Une flèche indique une possibilité de passage du fluide et son sens de circulation, tandis qu’un T indique un blocage du fluide.

Compléments

• Un échappement est représenté par un triangle noirci en hydraulique et clair en pneumatique.

• Une source de pression est indiquée par un cercle noirci en hydraulique et par un cercle avec un point en pneumatique.

• Les types de commande sont représentés de chaque côté du symbole de base du distributeur.

📖 10. Distributeurs monostables et bistables

📝 Points essentiels

📌 Un distributeur monostable retrouve sa position de repos sous l’action d’un ressort de rappel en l’absence de signal de pilotage, tandis qu’un distributeur bistable conserve la position qu’il occupait précédemment.

💡 Astuce mémo

Le monostable revient au repos par ressort ; le bistable conserve sa position.

📖 11. Désignation des distributeurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Désignation m/n : Indique que son tiroir possède n positions et que son corps comprend m orifices d’arrivée ou d’échappement.

📝 Points essentiels

• Les désignations d’exemples de distributeurs comprennent 3/2, 4/2 et 5/2.

📖 12. Applications pneumatiques

★ À maîtriser

• Dans l’exemple de commande d’un vérin double effet, la tige sort lorsqu’un bouton poussoir ou une pédale est actionné, puis revient en position initiale avec une vitesse réduite à l’échappement lorsque la commande est relâchée après la fin de course.

Compléments

• Dans un circuit de vérin pneumatique double effet, un distributeur 5/2 bistable à pilotage pneumatique commande le vérin, et un réducteur de débit unidirectionnel permet de réduire le débit à l’échappement.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des technologies fluidiques