Guidages - Facteurs dont dépend la solution du problème de guidage

 Facteurs dont dépend la solution du problème de guidage

Lorsque deux pièces sont assemblées par une liaison partielle, l'une d'elles peut se déplacer par rapport à l'autre. Cette liberté qui peut être une possibilité de translation ou de rotation, ou même de translation et rotation combinée (mouvement hélicoïdal), doit être contrôlée, limitée et facilitée.

L'opération qui résout ce problème est une fonction élémentaire appelée guidage.

Un guidage consiste :

• À réaliser une liaison partielle soit en translation, soit en rotation ;
• limiter l'amplitude ou course du mouvement prévu ;
• À empêcher tout déplacement de la pièce mobile dans une direction autre que celle choisie ;
• À réduire au minimum l'effort nécessaire pour obtenir le mouvement prévu par le choix judicieux des matériaux en contact et leur graissage.          

L’examen du vérin à vis figurant dans le dessin ci-attaché permet de mettre ces facteurs en évidence.

 

Description des liaisons :

Ce vérin se compose d'un socle fixe A en fonte dont le dessus forme glissière, et reçoit un corps B en fonte qui peut se déplacer en translation sur lui. Le guidage est obtenu par un emboîtement rectangulaire, le poids de B et la charge supportée ont tendance à maintenir les deux pièces en contact.

Cette liaison partielle laisse donc la liberté à une translation de B qui est provoquée à l'aide d'un écrou E en acier forgé, lié rigidement à B par deux boulons et une longuette rapportée pour absorber l'effort axial de cisaillement. Une vis de manœuvre horizontale H commandée en rotation par deux carrés d'entraînement, reste fixe en translation grâce à une collerette prisonnière formant butée.

Cette vis est guidée en rotation par deux bagues en bronze portées par A. Il y a donc liaison partielle de H et de A.

Une vis porteuse verticale V reçoit la tête du vérin et porte également un pignon denté.
Ce dernier est entraîné en rotation par un cliquet C de fût à rochet F commandé par un levier L.

Un doigt à ressort D logé dans le fût permet au levier d'entraîner le cliquet dans un sens et d'échapper dans l'autre Le cliquet mobile autour d'un axe N porté par le fût présente à volonté de branches distinctes qui permettent d’inverser le sens du déplacement de la vis V. Cette dernière, mobile en translation et en rotation, a un mouvement hélicoïdal guidé dans un écrou fixe G assez long, centré sur B par deux pieds P et assemblé rigidement avec B par quatre vis (liaison complète).

Il y a donc liaison partielle avec guidage hélicoïdal de B et de V.

Courses :

La course de B et son écrou fixe E est limitée de chaque côté par les nervures intérieures du socle A.

La course de la vis V est limitée vers le bas par l’arrêt du filetage carré et vers le haut par la goupille K.

Réduction des efforts de manœuvre:

 

En raison de la grande charge, 30 000 N portées par le vérin, les couples nécessaires pour manœuvrer les vis sont grands :

• 300 mN pour V, 60 pour H environ. Il faut donc réduire la pression sur les filets et le frottement sur les surfaces de contact qui absorbent de l'énergie et freinent les déplacements.

La pression unitaire étant le quotient de la charge par la surface portante p = F / S, on peut la diminuer :

• En augmentant le nombre des filets Z.
  La pression unitaire p = F / π Z d²-d1²/4 peut être admise entre 3 et 6 N/mm² pour une vis acier sur écrou en bronze (d diamètre de la vis, d1 diamètre de son noyau, F effort axial), Z = 10 à 12 environ ;

• En augmentant diamètres et longueurs de la collerette prisonnière et des portées cylindriques ;
  
  
  p = 10 à 20 N/mm², vitesse très faible.

• En choisissant des matériaux convenables pour réduire le frottement entre tous les contacts ; 

ü  corps socle: fonte sur fonte ;

ü  vis H et écrou: acier sur fonte ou bronze ;

ü  vis H et bagues: acier sur bronze ;

ü  collerette et socle: acier sur fonte ;

ü  grains sphériques: acier dur cémenté et trempé.

Utilisation pour cela de bagues intermédiaires.

• En limitant l’usure par un graissage des surfaces de contact.

Remarques relatives au graissage :

L’importance du coefficient de frottement de glissement et par suite celle des pertes d’énergie par frottement dépend, nous l’avons vu :

• Des matériaux en contact et de leur finition ;
• De l’introduction d’un lubrifiant entre les surfaces.

Le poli, qui consiste à réduire jusqu’à leur disparition les aspérités du métal laissées par l'usinage, améliore certes le coefficient de frottement. Mais à partir d'une certaine limite, le contact devient si parfait que les surfaces « collent » entre elles (cales de vérification, marbre) et le frottement devient très grand.

Dans le frottement à sec, la surface la plus dure use la plus tendre, la polit et, la température aidant on arrive bientôt au grippage.

L'interposition d’un lubrifiant permet de considérer trois états différents de graissage :

• Si par rapport aux aspérités la couche de lubrifiant est très faible, le métal est simplement imprégné, on dit qu'il y a frottement onctueux. Ce cas se rencontre fréquemment dans les organes graissés irrégulièrement ;
• Si la couche de lubrifiant est abondante tout en laissant dépasser par endroit ou pas instant les aspérités, il reste en contact discontinu entre les matériaux, on dit que le graissage mixte ou imparfait. C'est le cas le plus fréquent ;
• Enfin si les surfaces sont suffisamment polies pour permettre la création d'un film continu de l'huile qui s’interpose entre les deux pièces, il y a graissage parfait ou hydrodynamique. Le frottement est alors réduit au minimum, il suffit de vaincre les résistances tangentielles qu’opposent les différentes couches d’huile à leur déplacement relatif.

Ces résistances caractérisent la viscosité du lubrifiant.

Réaliser un graissage parfait est toujours difficile, car le film d’huile a tendance à s'écraser sous la charge.