1. Généralités

La solution constructive qui réalise une liaison pivot est appelée guidage en rotation.

Le guidage en rotation est nécessaire dans de nombreux cas (moteurs, roues de véhicules, hélices d’avion ou de turbine…).

On appelle arbre le contenu, logement ou alésage le contenant.

Représentation normalisée en projection orthogonale	Représentation spatiale	Degrés de liberté
		Tx = 0 Rx = 1 Ty = 0 Ry = 0 Tz = 0 Rz = 0

2. Fonctions à assurer

Le guidage en rotation en phase d’utilisation doit assurer les fonctions suivantes :

· Positionner l’arbre et le logement : notions de jeu et de précision de guidage ;

· Permettre un mouvement relatif (rotation) : notions de rendement et de vitesse de rotation ;

· Transmettre les efforts : dimensionnement des pièces et durée de vie du montage ;

· Résister au milieu environnant : fiabilité, matériaux, étanchéité, protection, etc…

· Etre d’un encombrement adapté (voire minimal) ;

· Minimiser les niveaux de bruit et de vibrations.

3. Les solutions constructives

31. Contact direct Le guidage en rotation est obtenu par contact direct des surfaces cylindriques arbre/logement (figure 1). Des arrêts suppriment les degrés de liberté en translation.

figure 1. Contact direct

Avantages

Inconvénients

Coût peu élevé

Frottements

Domaine d’utilisation :

A cause des risques d’échauffement, cette solution est à réserver aux domaines suivants :

F Faibles vitesses ;

F Efforts transmissibles peu élevés.

32. Bagues de frottement

Le principe du contact direct est amélioré en interposant des bagues de frottement qui vont :

· Diminuer le coefficient de frottement ;

· Augmenter la durée de vie de l’arbre et du logement ;

· Diminuer le bruit ;

· Reporter l’usure sur les bagues.

321. Coussinets Les coussinets sont des bagues cylindriques en bronze ou en matière plastique (figure 2), montées serrées dans l’alésage. L’arbre est monté glissant dans le coussinet.

figure 2. Coussinets

Certains coussinets sont autolubrifiants : ils sont obtenus par frittage (compression de poudre à température élevée) et sont donc poreux. Les porosités contiennent du lubrifiant qui, sous l’effet centrifuge du mouvement, est aspiré et forme un coussin d’huile. A l’arrêt, le lubrifiant reprend sa place par capillarité. Les caractéristiques de ces coussinets autolubrifiants sont les suivantes : F Vitesse tangentielle maximale 8 m/s ; F Température maximale d’utilisation : 200°C (varie selon la nuance) ; F Fonctionnement silencieux ; F Pas d’entretien.

figure 3. Exemple de montage

322. Bagues PTFE (Polytétrafluoroéthylène)

figure 4. Bagues PTFE	Elles sont constituées d’un support en tôle roulée, sur lequel est fritté une couche de bronze. Les pores de cette couche sont imprégnés de PTFE et d’additifs antifriction. Caractéristiques : F Coefficient de frottement acier/PTFE : de 0,01 à 0,05 ; F Vitesse tangentielle maximale : 3m/s.
33. Les roulements 331Principe En remplaçant le frottement par glissement par du roulement, on diminue la puissance absorbée. Le rendement du guidage en rotation est donc meilleur. On place alors des éléments de roulement (billes, rouleaux ou aiguilles) entre deux bagues. L’une (la bague intérieure) est ajustée sur l’arbre, l’autre (la bague extérieure) est ajustée sur l’alésage.		figure 5. Constitution d’un roulement

332. Typologie des roulements

Il existe différents types de roulements. On peut les classer en fonction du type de charges qu’ils peuvent supporter.

Attention ! Une butée ne réalise pas de centrage. Elle doit être associée à des roulements.

Famille de roulements et Charges supportées

charges radiales		charges axiales et radiales			charges axiales
Roulements à rouleaux cylindriques	Roulements à aiguilles	Roulement à billes	Roulements à rouleaux coniques	Butée à rotule sur rouleaux	Butée à billes	Butée à aiguilles

333. Montage des roulements

Pour minimiser le phénomène de laminage (écrasement de matière) entre les surfaces soumises à des charges importantes, il faut supprimer le jeu au niveau de la bague tournante par rapport à la charge.

On retiendra :

· La bague qui tourne par rapport à la direction de la charge appliquée sur le roulement est ajustée avec serrage. Cette bague doit être complètement immobilisée axialement.

· La bague fixe par rapport à la direction de la charge appliquée sur le roulement, doit être ajustée avec jeu. Elle doit assurer le positionnement axial de l’ensemble tournant par rapport à la partie fixe.

Montages des roulements à billes à contact radial

Exemples d’immobilisation axiale des bagues :

Immobilisation axiale des bagues intérieures de roulement

Immobilisation axiale des bagues extérieures de roulement

Attention ! Il faut éviter toute fixation surabondante.

Le tableau suivant propose des associations possibles d’arrêts axiaux. Le nombre important de paramètres intervenants dans le choix d’un montage ou d’un autre ne permet pas de faire un tableau exhaustif. Les associations représentées ici ne sont données qu’à titre d’exemples.

Bague intérieure tournante par rapport à la direction de la charge (bagues intérieures montées serrées)
- arbre tournant - charge fixe sur le logement OU - logement tournant - charge tournante avec le logement		rotule + linéaire annulaire
		rotule + rotule
		« montage en X »
Bague extérieure tournante par rapport à la direction de la charge (bagues extérieures montées serrées)
- logement tournant - charge fixe sur l’arbre OU - arbre tournant - charge tournante avec l’arbre		rotule + linéaire annulaire
		rotule + rotule
		« montage en O »

Montage des roulements à rouleaux coniques

Ces roulements doivent être montés par paire et en opposition (roulements montés en sens inverse).

1^er cas : ARBRE TOURNANT par rapport à la charge

MONTAGE DIRECTE EN « X »

Montage appelé en « X » car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un « X »

· Ajustements :

- Les bagues intérieures tournantes sont montées SERREES :

Tolérance de l’arbre : m6

- Les bagues extérieures fixes sont montées GLISSANTES :

Tolérance de l’alésage : H7

· Liaisons axiales des bagues :

- Les bagues intérieures avec l’arbre :

Obstacles A et B

- Les bagues extérieures avec l’alésage :

Obstacles C

Réglage axial du jeu du montage en D

2^nd cas : ALESAGE (moyeu) TOURNANT par rapport à la charge

MONTAGE INDIRECTE EN « O »

Montage appelé en « O » car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un « O »

· Ajustements :

- Les bagues intérieures fixes sont montées GLISSANTES :

Tolérance de l’arbre : f6

- Les bagues extérieures tournantes sont montées SERREES :

Tolérance de l’alésage : P7

· Liaisons axiales des bagues :

- Les bagues intérieures avec l’arbre :

Obstacles C

Réglage axial du jeu du montage en D

- Les bagues extérieures avec l’alésage :

Obstacles A et B

335. Désignation d'un roulement

336Lubrification des roulements

Lubrification à la graisse

En version « étanche », les roulements sont lubrifiés à vie.

En version « non étanche » et dans le cas de vitesses de rotation élevées, les roulements sont lubrifiés au montage en respectant la quantité de graisse préconisée par le constructeur (risque d’échauffement).

Dans le cas de vitesses de rotation basses où l’excès de graisse ne provoquera pas d’échauffement, on peut prévoir un graisseur qui permettra d’injecter de la graisse neuve, celle-ci poussant la graisse usagée vers l’extérieur (figure a).

Pour des vitesse de rotations élevées, la graisse sera maintenue au voisinage du roulement, par des déflecteurs placés de chaque côté du roulement (figure b).

Lubrification à l’huile

Par bain d’huile :

Le niveau d’huile ne doit pas dépasser le centre de la bille la plus basse. Pour les roulements qui ne se situent pas en partie basse du mécanisme, il faudra prévoir des récupérateurs appelés larmiers (figure a) qui seront remplis par projection, ou assurer une circulation d’huile par pompage (figure c). si les projections d’huile sont trop importantes, elles pourront être limitées par un déflecteur (figure b).

Par brouillard d’huile :

Ce type de lubrification nécessite une installation importante (pulvérisation d’un mélange air+huile). Il est réservé aux broches de machines outils tournant à grande vitesse.

34. Paliers hydrodynamiques

Ils sont constitués de coussinets comportant une rainure permettant l’arrivée d’un lubrifiant sous pression. La formation d’un film d’huile n’est possible qu’à partir d’une certaine vitesse relative arbre/logement.

35. Paliers hydrostatiques

L’arbre est en suspension au centre du mécanisme sous l’effet d’un fluide envoyé sous pression. Le coefficient de frottement devient alors très faible.

Le coût élevé de ce type de montage le réserve à des systèmes particuliers.