CONCEPTION
Cours
Liaison encastrement I.
Classification :
Une liaison encastrement est une liaison qui n’autorise aucuns mouvements relatifs entre deux pièces. Ce type de liaison étant très répandu et utilisé, il existe bien des manières de les réaliser. On distinguera 2 grands principes de réalisation: o Liaison démontable D I o Liaison indémontable Puis 3 types de liaisons encastrement : • Par obstacle • Par d’adhérence • Avec utilisation d’éléments d’apport (soudage, collage...)
O A Ap
Les liaisons démontables sont les liaisons que l'on peut démonter sans détériorer les éléments/surfaces en contact.
II.
Méthodes d'analyse/conception d'une liaison complète
II.1. Analyse externe Méthode FFM : F Fonction F Fabrication M Montage Pour qu'une solution technique puisse fonctionner, il faut que ces 3 points soient validés.
II.2. Analyse interne Méthode PFERR : P Positionnement F Fixation E Efforts R Résistance R Rigidité Pour qu'une solution technique puisse fonctionner, il faut que ces 5 points soient validés.
III.
Liaisons complètes
III.1. Par adhérence III.1.1. Eléments d’assemblage coniques Il existe de nombreuses variantes, toutes basées sur le même principe: la liaison arbre-moyeu est obtenue par déformation et coincement d’une bague conique ou biconique fendue. Les vis sont serrées à la clé dynamométrique Liaison encastrement
1/7
CONCEPTION
Cours
Avantages: utilisation d’un arbre lisse sans usinages, ni rainure de clavette, ni cannelures. Les grands diamètres sont possibles, de 500 à 1000 mm, et les démontages aisés.
III.1.2. Frettage et emmanchements forcés Ils permettent les assemblages par ajustements serrés. Ces solutions sont intéressantes si l’assemblage arbre-moyeu n’est jamais démonté, car celui-ci est impossible sans la destruction de la liaison. a. Emmanchements forcés Ils sont réalisés à la presse ou par un dispositif équivalent. Les deux pièces sont assemblées à la même température. b. Frettage On utilise le frettage lorsque le montage à la presse n’est pas envisageable, si les pièces sont de grandes dimensions, ou si les assemblages exigent une certaine précision. Le frettage consiste à faire varier les dimensions des objets à assembler. Le serrage est obtenu lorsque les deux pièces se trouvent à la même température. On a alors trois possibilités: • Le frettage par contraction de l’arbre • Le frettage par dilatation de l’alésage • Le frettage par combinaison des deux. III.1.3. Liaison arbre-moyeu par cône La liaison par cône permet un assemblage sans jeu radial, et évite l’usinage d’un épaulement. Cette technique est couramment utilisée pour le positionnement des outils de coupe dans le nez des broches des machines-outils. Elle a également pour avantage de réaliser une liaison sans jeu, réduisant d’autant plus les vibrations causées par l’outil lors de l’usinage (perçage, fraisage...). a. Cônes morses (avec coincement) Ce type de cônes est plus généralement utilisé pour le montage des forêts dans la broche d’une perceuse. Ces cônes, du fait de leur conicité réduite, ont tendance à se coincer. Il est par conséquent malaisé de les démonter.
Liaison encastrement
2/7
CONCEPTION
Cours
b. Cônes 7/24 (sans coincement) Couramment utilisés pour monter les outils (fraises, forêts de grands diamètres, alésoirs...) dans le nez de broches de machines outils (fraiseuses...). Le cône est un peu plus ouvert que dans le cas précédent, ce qui signifie que les efforts transmissibles seraient d’autant moins importants à moins de placer des « encoches » paramétrées par T sur la figure ci-dessous. Pour la même raison, il sera nécessaire de prévoir un système pour assurer le positionnement axial du cône.
III.2. Par obstacle Selon la valeur du couple que l'on doit transmettre, on choisit la solution technologique correspondante. Couple transmis par goupilles << Couple transmis par clavette << couple transmis par cannelures. III.2.1. Goupilles Elles conviennent aux assemblages simples et économiques sous efforts modérés. Une goupille peut également servir de pièce de sécurité car elle devient dans ce cas là la seule pièce qui casse. On parle alors de fusible mécanique. En fonctionnement, la goupille ne doit pas s’échapper, on utilise donc des goupilles cannelées, coniques ou élastiques. L'inconvénient majeur réside dans le fait que la présence d’un trou de perçage dans l’arbre amène des concentrations de contraintes, donc fragilise l’arbre et l’alésage.
Remarque : Pour permettre l'assemblage, le trou dans l'arbre ET le trou dans le moyeu sont réalisés en même temps. III.2.2. Clavettes Une clavette est une pièce prismatique implantée par moitié environ dans l’arbre et dans le moyeu. Une rainure est nécessaire dans l’arbre et dans l’alésage. La liaison réalisée est une liaison glissière. Il subsiste donc un degré de liberté en translation de l’arbre par rapport au moyeu qu’il conviendra donc de supprimer. a. Clavettes parallèles Simples et économiques, elles sont régulièrement utilisées. Le couple transmissible, bien que plus élevé qu’avec les goupilles reste limité. Liaison encastrement
3/7
CONCEPTION
Cours
Néanmoins, les rainures pratiquées dans l’arbre affaiblissent les arbres et engendrent des concentrations de contraintes.
b. Usinages
• • • •
Usinages des clavettes Les clavettes à section carrée sont usinées dans de l’acier étiré. L’arrondi est effectué avec une fraise de forme. Rainures dans l’arbre Rainure obtenue sur une fraiseuse avec une fraise deux tailles travaillant en bout Rainure obtenue avec une fraise disque spéciale (fraise 3 tailles).
Rainures dans le moyeu • Petite série : la rainure est obtenue par mortaisage sur une mortaiseuse. L’usinage est délicat, une tolérance large est nécessaire. • Grande série : la rainure est obtenue par brochage sur une machine à brocher. Nota : La rainure dans le moyeu devra être débouchante (ou au moins avoir un vide derrière) pour des raisons évidentes d'usinage. c. Clavettes disques Les clavettes disques s’emploient pour la transmission de faibles couples car la rainure profonde nécessaire à son montage affaiblit l’arbre. En fonctionnement, la clavette est parfaitement maintenue. La rainure est usinée à l’aide d’une fraise disque. III.2.3. Cannelures Les arbres cannelés sont utilisés pour transmettre des efforts importants. Il existe différents types de cannelures. a. Cannelures à flancs parallèles Elles sont de plus en plus remplacées par les cannelures en développante de cercle, plus résistante. Cependant, étant simples à réaliser, elles sont utilisées pour les petites séries. Elles ne conviennent pas aux grandes vitesses de rotation.
Liaison encastrement
4/7
CONCEPTION
Cours
b. Cannelures à flancs en développante de cercle Elles sont une application indirecte des engrenages en développante, elles permettent de plus grandes vitesses de rotation.
III.2.4. Le rivetage Les rivets sont utilisés par toutes les industries pour l’assemblage indémontable de petits ou de grands composants. L’assemblage d’une structure d’avion exige près de 2 500 000 rivets, dont la pose représente 30 % du temps total de montage. Avantages: sécurité de fixation, économiques, cadences de production élevées, assemblage de matières différentes et d’épaisseur différentes, assemblage résistant au phénomène de fatigue, contrairement au soudage. Inconvénients: non démontable, têtes protubérantes, concentration de contraintes. Rivets usuels:
III.3. Liaisons complètes avec éléments d'apport (soudage, collage...) III.3.1. Soudage
Liaison encastrement
5/7
CONCEPTION
Cours
De tous les procédés de base, le soudage est probablement le plus important, autant en grande série (carrosseries...) qu'en pièces unitaires. Le soudage est la manière d'assembler de façon permanente deux ou plusieurs pièces, tout en assurant entre elles la continuité de la matière. •
Soudage autogène: les pièces à assembler, de même nature, ou de composition voisine, participent à la constitution du cordon de soudure. L'assemblage est dit homogène.
•
Brasage et soudobrasage: l'assemblage est hétérogène. La formation du joint ou cordon est assurée par la seule intervention du métal d'apport qui agit comme une colle. La température de fusion du cordon de soudure est inférieure à celle des matériaux à assembler.
Principaux procédés de soudage a. Soudage à l'arc électrique Ce soudage est le plus utilisé industriellement en soudage autogène. La fusion amène moins de déformations que le chalumeau, et une plus grande productivité. La fusion du métal d'apport et des pièces à assembler est obtenue par un arc électrique jaillissant entre une électrode et les pièces à souder. b. Soudage par résistance Les pièces à assembler sont maintenues en contact par un effort de compression puis soudées sans métal d'apport. La fusion est provoquée par effet Joule. Après coupure du courant, l'effort de compression, toujours appliqué, forge la soudure. III.3.2. Collage Les adhésifs permettent d'obtenir des produits plus esthétiques et plus résistants à moindre coût. Le progrès de l'industrie chimique a nettement accéléré l'emploi du collage comme technique d'assemblage à part entière chez les avionneurs et le développe dans tous les autres domaines (Industries automobile, navale...). a. Les avantages du collage • Meilleure répartition des contraintes • Allègement des pièces et ensembles de pièces • Assemblage hétérogènes ou flexibles plus faciles • Etanchéité et anti-corrosion • Simplification de la fabrication • Résistance à la fatigue Liaison encastrement
6/7
CONCEPTION
• •
Cours
Amortissement des vibrations Un prix souvent inférieur
b. Les inconvénients du collage • Montage indémontable • Peu résistant aux contraintes de traction • Précautions à prendre lors du montage (propreté, temps de polymérisation,…) c. Conception d’un assemblage collé Le collage résistant très mal aux sollicitations de traction, la conception d’un assemblage collé est directement liée aux actions mécaniques qu’il subi.
Bonne conception
Conception à éviter
d. Utilisation du collage On utilise le collage dans les cas suivants: • Liaison encastrement (Ex : étanchéité d’un couvercle de carter) • Liaison glissière, clavette collée • Freinage des écrous par collage • Montages de roulements Le collage des roulements permet de: • Elargir les tolérances • Supprimer les bagues d’arrêt, les circlips... • Eviter l’étagement des diamètres
IV.
Dimensionnement des liaisons complètes
Le dimensionnement des liaisons complètes s’effectue en s’intéressant aux actions mécaniques transmissibles. Celles-ci engrangent des pressions de contact qui sont l’origine de la détérioration des éléments de liaison. Ainsi, les clavettes sont dimensionnées à la pression de matage maximale. Extrait de catalogue de clavettes :
Liaison encastrement
7/7
