Et231 Guidage en Rotation

 

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LIAISONS ENTRE SOLIDES

GUIDAGES EN ROTATION

1- Guidage en rotation par contact direct 2- Guidage en rotation par bague de frottement 3- Guidage en rotation par éléments roulants 4- Guidage en rotation sur film d'huile

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1- Guidage en rotation par contact direct  Aspect technique: technique: C'est la solution la plus simple, mais la plus rudimentaire. rudimentaire. Les deux éléments sont directement en contact. La qualité de la liaison dépend: - des matériaux en contact (coefficient de frottement, lubrification) - du choix de l'ajustement entre les pièces (jeu) - de la qualité de fabrication (rugosité, géométrie)  Ajustement généralement généralement préconisé: préconisé: glissant juste, juste, du type H7 g6 Exemple: Robotino FESTO Le robot se déplace grâce à un système de roues appelé "roues suédoises" Une roue est composée d'un flasque et de 6 galets qui assurent une liaison ponctuelle continue avec le sol. La faible vitesse de déplacement permet d'opter pour un contact direct pour le guidage en rotation du galet.

Rotation: - contact surfacique cylindrique  Arrêts en translation: translation: - appuis axiaux sur le flasque Remarque: - ce type de montage est appelé "montage en chape" du galet.

 Avantages: s:  Avantage - simplicité du mécanisme (nombre (nombre de pièces réduit) - prix de revient

Inconvénients - mécaniquement peu performant (frottements; usure; vitesse de rotation réduite) ET231

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• Aspect technologique, technologique, modélisation L

Lors de la modélisation modélisation d'un contact surfacique cylindrique, il est important de prendre en compte le rapport entre L (longueur du contact) et D (diamètre) pour déterminer la liaison correspondante correspondante      D

(L/D) < 0,5

0,5 < (L/D) 1 Liaison pivot glissant

Le choix est laissé au concepteur. Généralement, dans une étude statique, on choisit la solution la moins contraignante (pour limiter le nombre d'inconnues), en cinématique on préfère la plus contraignante (plus d'équations pour résoudre Liaison pivot (si translation impossible impossible))

Liaison rotule (si translation impossible)

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2- Guidage en rotation par bague de frottement  Aspect technique: technique: On interpose entre les deux éléments en rotation une bague de frottements Son but est de réduire les pertes par frottements lors du fonctionnement fonctionnement On trouve différents types de bagues selon les cas d'utilisation. - bagues en bronze ou en laiton (cas ci-contre) - bagues polymères - bagues auto-lubrifiées auto-lubrifiées

Exemple: Moteur d'essuie glace

L'utilisation de bagues de frottements nécessite des conditions de montages particulières normalisées où définies par les constructeurs. (voir exemple des coussinets frittés)

Elles peuvent supporter des charges et des vitesses de fonctionnement fonctionnement modérées

 Avantages: es:  Avantag - simplicité de mise en œuvre

crédit image: www.xr6805.fr 

- guidage précis - prix de revient Inconvénients - ne convient pas pour les fortes charges - ne convient pas pour les vitesse de rotation élevées ET231

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• Coussinets frittés. (norme NF E 22-510 - ISO 2795) Les coussinets sont en bronze fritté f ritté à structure poreuse. Ils sont imprégnés d'huile. Sous l'effet de la rotation de l'arbre et du jeu existant, l'huile est aspirée (effet Venturi) Venturi) et forme un film d'huile entre les pièces. (Lors de l'arrêt, l'huile regagne les pores du coussinet par capillarité).

Données techniques:  – Les tolérances sur les coussinets sont définis par la norme

L

  e   g   a   )   s   7    é    (    l   H   a      D

   )    7    H    (

   d

(cf schémas ci contre)

 –

La to tolérance pr préconisée po pour ll'' a arrbre est: Eta Etat de de su surf rfac ace: e:

L

Ra ≤ 0 0,2 ,2

Fact Fa cteu eurr de de ffro rotte tteme ment nt::

 –

f7

f = tan tan φ = 0,04 0,04 à 0,2 0,2

Désignation Désignatio n d'un coussinet: (exemple) Coussinet à collerette fritté, C d × D × L

  e   g   a   )   s   7    é    (    l   H   a      D

   )    8    H    (

   d

  e (js 14) • Elements de calculs. La société IGUS permet un calcul en ligne de coussinets polymères (ainsi que l'importation de modèles 3D)

www.igus.fr 

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3- Guidage en rotation par éléments roulants  Aspect technique: technique: On interpose entre les deux éléments en rotation un système à éléments roulants On en trouve une multitude de types: - roulements à billes à contact radial, à contact oblique, à une ou deux rangées de billes. - roulements à rouleaux, à contact radial ou à rouleaux coniques coniques (ces roulements supportent supportent les charges les plus importantes) Les roulements nécessitent une lubrification. lubrification. Exemple: Micromoteur de voiture radiocommandée Le montage des roulements à billes est normalisé. Il convient de respecter les conditions de montages données par les constructeurs - ajustements des éléments (pour éviter le laminage des bagues par exemple) - géométrie - état de surface

crédit image: www.xr6805.fr 

Dans le cas du micromoteur, micromoteur, les roulements sont montés serrés sur le vilebrequin vilebrequin (L'arbre est tournant par rapport à la direction de la charge) La lubrification est à prévoir, sauf si les roulements sont lubrifiés à vie (des flasques emprisonnentt le lubrifiant à l'intérieur du roulement) emprisonnen

 Avantages: s:  Avantage - guidage très précis - excellent rendement (le frottement est remplacé par de la résistance au roulement) - convient pour les charges lourdes et les vitesses de rotation très élevées

Inconvénients - coût

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• Aspect technologique, technologique, modélisation La liaison globale obtenue par deux roulements est en général une liaison pivot. Si cette modélisation suffit pour une étude cinématique (schéma cinématiq cinématique), ue), elle est insuffisante pour une étude d'efforts (un schéma architectural est alors utilisé).

Exemple: On considère le montage de roulements ci-contre (montage classique, l'étanchéité n'est pas abordée pour ne pas surcharger la figure) Hypothèses: Hypothèses: - l'arbre est chargé (il tourne par rapport à la direction de la charge) - les roulements sont montés serrés sur l'arbre et libres dans l'alésage. - 4 appuis sur le roulement de grand diamètre (2 sur l'arbre, 2 dans l'alésage) - 2 appuis sur le roulement de petit diamètre (2 sur l'arbre, libre dans l'alésage)

Montage réalisé avec le logiciel PyVot

Comparaison des deux schématisations: Liaison pivot Schéma cinématique

Schéma architectural

Le montage des deux roulements ne laissent qu'un - le roulement de gauche est libre dans l'alésage, seul degrés de liberté en rotation. on le modélise par une liaison linéaire annulaire (rotulage interne du roulement) - le roulement de droite est totalement contraint, il ne reste que le rotulage interne du roulement, on le modélise par une liaison rotule. • Eléments de calculs: La société SKF permet un calcul en ligne de la durée de vie des roulements. www.skf.fr  ET231

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4- Guidage en rotation sur film d'huile:  Aspect technique: technique: Un film d'huile sous pression et crée entre les deux pièces en rotation. Les pièces tournent sans contact direct. Ce système est utilisé dans le cas de solides en rotation à de très hautes vitesses, mais avec peu d'effort.

C'est le cas des turbines de turbocompresseurs turbocompresse urs (les vitesses de rotation sont supérieures à 1 10e5 tr/min)

Exemple: turbine de cogénérateur d'énergie Les brûleur à gaz entraîne une turbine.  A une une extrémité, un générateur générateur produit produit de l'électricité. (Ce générateur est refroidit par l'air entrant). Les gaz d'échappement passent dans un échangeur. Cet échangeur qui permet le chauffage d'eau par exemple

 Avantages: s:  Avantage - guidage très précis - excellent rendement (contact visqueux) - convient pour les vitesses de rotation très élevées

Inconvénients - coût - complexité de mise en œuvre

Crédits logiciels:

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Maquettes virtuelles: Solidworks 2006 Schémas - illustrations: OpenOffice.org 3

- ne supporte pas les efforts 8/8

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