cours guidage par paliers

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Chapitre 1 Guidage par paliers
Supports de cours :
0) texte (chapitre) [1]
1) variation du coefficient de frottement e de la pression [2]
2) phénomène de coin d’huile [2]
3) palier démontables et paliers à rotule [2]
4) désignation normalisée des matériaux (ancienne norme française) [1,2]
5) désignation normalisée des matériaux (nouvelle norme française) [6]
Introduction
Assurer le guidage d’un corps revient à :
- Réaliser sa mise en position
- Maintenir le corps sur une certaine trajectoire malgré les efforts qui le sollicitent.
On rencontre fréquemment 2 types de guidage: le guidage en rotation et le guidage en
translation. La trajectoire du guidage en rotation est donnée par un ou plusieurs axes de
rotation. En Construction Mécanique, le guidage en translation qui devrait par définition se
rapporter à une trajectoire quelconque d’un corps non tournant s’entend habituellement dans
le sens du cas particulier du guidage en translation rectiligne.
Les dispositifs conçus pour assurer le guidage en rotation portent le nom de paliers.
1. Nature de la liaison
Du point de vue cinématique, les paliers sont des dispositifs qui réalisent les liaisons
pivot, pivot glissant, rotule, et toute autre liaison équivalente (fig. 1). Dans la résolution de
certains problèmes concrets, certaines solutions constructives admettent volontairement des
liaisons hyperstatiques équivalentes.
e)
b)
f)
d)
a)
Figure 1 : Représentation conventionnelle des liaisons : a) : 1L pivot; b) : 2L pivot glissant ;
c) : 3L liaison rotule; d) : 5L liaison isostatique équivalente ; e) : 9L et f): 6L
liaisons hyperstatiques équivalentes
c)

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2. Problèmes de réalisation
Dans la réalisation pratique, il faut résoudre le problème du glissement de contact qui est
un phénomène nuisible s’accompagnant de l’usure, d’échauffement, voire de grippage.
a) Nature des frottements:
La durée de vie des paliers est fonction de la grandeur de la charge, du matériau, du
lubrifiant, et des conditions d’exploitation. Ces facteurs déterminent l’intensité de leur usure.
La force s’exprime par la relation :
F=N.f=N.tg
oùfest le coefficient de frottement et l’angle que fait le vecteur réaction de la surface avec
la perpendiculaire au point de contact. f dépend de plusieurs facteurs, en particulier du
matériau, de l’état de surface, de la vitesse de déplacement, de la température, etc.
En l’absence du lubrifiant, le frottement est dit sec. Le contact direct des surfaces
frottantes entraîne une usure accentué et un coefficient de frottement élevé et l’échauffement.
A la limite, il peut y avoir soudure et fusionde matériau : il s’agit du grippage.
A vitesse petite, le lubrifiant baisse le coefficient de frottement, mais n’écarte pas les
surfaces de contact de pièces et par conséquent l’arrachement de particules. Dans ce cas, le
frottement est onctueux ou demi-fluide.
Dans l’intervalle des grandes vitesses ou de grande viscosité, on assiste au frottement
fluide ou hydrodynamique. La surface de contact de l’arbre (tourillon) et celle du moyeu du
palier sont séparées par une mince couche de lubrifiant.
b) Quelques formules des couples de frottement des résistances passives
- contact cylindriques :
C=N..r.f*
où f*=(3/2).f pour les tourillons non rodés et f*=(4/3).f pour les tourillons rodés.
- contact circulaires (disques) : arbre sur butée circulaire
C=(2/3).N.r.f
- contact plans annulaires
=> C=…=1/3.N.f.(r13-r23)/ (r12-r22)
Pour diminuer C, on peut réduire la
surface d’appui par l’utilisation
d’appui sphérique ou conique.
Démonstration
C=(2/3).N.f.(r13-r23)/(r12-r22) ; ds=2. .r.dr
dC=N/S.f.(r13-r23)/ (r12-r22)
dr
r
2.r1
2.r2
Figure 2 : a) contact circulaire ; b) contact plan
annulaire
a)
b)

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3. Classification des guidages en rotation
La recherche de solution à l’usure, au grippage et à l’échauffement revient à rendre l’usure
acceptable par un bon choix de matériau, une bonne lubrification ou le remplacement du
glissement par le roulement.
Ainsi, on distingue les trois familles de paliers suivantes :
- Les paliers lisses (ou paliers secs et onctueux), où le glissement est rendu acceptable ;
- Les paliers fluides et les paliers magnétiques, où le glissement est supprimé ;
- Les paliers à éléments roulants (ou roulements) où le glissement est remplacé par le
roulement.
4. Les paliers lisses
4.1. Classification
Plus souvent, pour des raisons économiques l’élément en contact avec l’arbre constitue une
pièce rapportée portant le nom de coussinet. On distingue les principaux groupes de paliers
lisses suivants :
- Les paliers non démontables coulés en une pièce avec son bâti ou son support ;
- Les paliers démontables faits en deux parties comprenant un corps et un couvercle
séparé par un plan de joint et un coussinet immobilisé par joues s’ajustant dans le bâti.
Le rapport longueur sur diamètre varie de 0,4 à 1,5.
- Les paliers auto-réglables ou auto-aligneurs (installés dans un logement sphérique)
pour un rapport longueur sur diamètre allant de 1,5 à 2,5.
4.2.Forme possible des portées
Elles peuvent être cylindriques, sphériques ou coniques
Figure 3 : a) palier non démontables ; b) palier démontable ; palier auto-aligneur

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4.3. Facteur d’un bon guidage
- L’ajustement arbre alésage doit avoir un jeu minimal pour garantir une bonne
précision de fonctionnement ; on doit aussi tenir compte de la bonne circulation du
lubrifiant, de la dilatation résultant d’une différence de température entre l’arbre et le
coussinet.
- La précision d’usinage et la qualité des surfaces en contact sont de rigueur pour les
frottements limités.
- La longueur de la portée est limitée par la possibilité de fabrication.
Conséquences :
- Qualité de surface : 0,4≤Ra≤0,8
- Ajustement : on recommande ceux de type H/f et de qualités 6, 7 ou 8.
- Rapport longueur/diamètre du coussinet ≤2.
4.4. Longueur du coussinet
On choisit le coefficient d’isostaticité :
=L/d
où Lest la longueur du coussinet et d le diamètre de l’arbre au niveau du coussinet). En
premières approximations :
=L/d≥1,5 pour les guidages longs
=L/d≤0,5 pour les guidages courts
Lorsque L≥2.d , il est recommandé de choisir 2 guidages courts pour éviter les difficultés
de réalisation.
4.5. Choix des paliers lisses
a) Matériau de l’arbre
L’acier, par exemple : 34CrMo4 trempés et éventuellement cémentés.
b) Matériau du coussinet :
Ce sont les matériaux d’antifriction : ils doivent être compatibles avec le matériau
choisi pour l’arbre. Leur coefficient de frottement doit être faible et leur usure limitée :
- La fonte ou l’acier (pour faibles vitesses) avec garniture d’antifriction
- Les bronzes pour grandes vitesses, par exemple acier 34CrMo4 avec bronze CuSn10
- Matériau antifriction (ou régule), exemple : antifriction au plomb
- Matériau fritté imprégné de lubrifiant liquide (FU-E10 ; exemple : bronze avec FC15-
52 (alliage ferreux)
- Les matériaux plastiques (charges faibles) : Textolite, Nylon, PTFE
(polytétrafluoréthylène) encore appelé téflon - peut supporter jusqu’à 500 degrés et en
milieu acide).
- Le glycodur (sous forme de bagues roulées obtenues par déformation à la presse de
bandes monométallique ou composite déposé sur un support d’acier).
4.6. Dimensionnement des paliers lisses
a) Principaux critères de calcul
- Calcul à l’usure
On vérifie que la pression diamétrale ramenée à la surface projetée est inférieure à la
pression diamétrale admissible :

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pØ =N/SØ=N/(L.d) ≤ [pØ]
où N est l’effort normal sur le palier
- Calcul à l’échauffement
On compare la puissance surfacique à sa valeur maximale
pØ.v ≤ [pØ.v]
Remarque :
 [pØ] est propre au matériau :
 [pØ.v] dépend de l’usure tolérable du matériau et des surfaces d’échange permettant
d’évacuer la chaleur. Dans les documentations appropriées, les fabricants donnent
habituellement la puissance surfacique.
 Habituellement, on tient compte de la diminution de l’aire de la surface de contact à
cause des rainures de graissage en remplaçant pØ par pØ‘:
pØ‘=N/( .SØ)=N/( .L.d) ≤ [pØ]
où on prend la valeur du coefficient égale à 0,90…0,95.
b) Dimensionnement de l’épaulement
- Epaisseur du flasque
e
Fa
d=2.re
N
SØ
L
N
Figure 4 : Schéma de calcul des paliers lisses
2.re
2.ri
2.ri