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Trouver le bon ajustement pour les paliers lisses polymères

Emmanchement d'un palier lisse dans un alésage de contrôle
Emmanchement d’un palier lisse dans un alésage de contrôle

Configurer un logement n’est pas si compliqué que ça, même si certains vous affirmeront le contraire. Pas la peine de consulter des ouvrages savants pour trouver le bon ajustement pour un palier lisse ou pour comprendre la nécessité du jeu de fonctionnement. Les ajustements recommandés par les fabricants de paliers lisses sont souvent amplement suffisants pour avoir un système qui fonctionne bien. igus par exemple recommande pour ses paliers lisses normalisés un alésage standard « H7 » (aussi appelé alésage usuel) et un arbre à tolérance « h9 ». Avec ces deux facteurs et la tolérance « E10 » que l’on a après emmanchement, on a un ajustement optimal. Ces données sont ce que l’on appelle des ajustements, qui servent à décrire le rapport entre les dimensions de deux pièces. Mais comment obtient-on ces chiffres ? Et si moi, en tant qu’ingénieur/client/fan des paliers lisses, je me faisais une autre idée de ce qu’est un jeu optimal ?

Pourquoi des ajustements ?

Rien ne marcherait sans ajustement. Les paliers lisses doivent être solidement fixés, c’est comme ça. Soit dans le logement (la règle) soit sur l’arbre (l’exception). Pourquoi ? En mécanique, deux pièces en mouvement l’une par rapport à l’autre génèrent de l’usure. Pour que l’ensemble envisagé bouge comme il est sensé bouger et qu’on n’ait pas besoin de contrôler l’usure de toutes les pièces lors de l’entretien, on s’arrange pour qu’il y ait aussi peu de pièces possibles qui soient en mouvement les unes par rapport aux autres. Dans un monde parfait, seule la pièce la moins coûteuse s’use de manière ciblée afin que les pièces plus chères ne soient pas endommagées. Pour limiter les mouvements, on peut naturellement aussi faire appel à des vis, à des rivets ou à de la colle. Il est toutefois plus économique (surtout pour les grandes quantités) de privilégier la solution de l’ajustement.

Les différents types d’ajustement

Résultat d'un calcul d'ajustement
Résultat d’un calcul d’ajustement

On fait la distinction entre trois types d’ajustement qui dépendent du choix des tolérances des pièces. Pour configurer ces ajustements, on peut avoir recours à différents moyens, par exemple à des systèmes mécaniques ou à des applications pour smartphone comme l’ outil de calcul des ajustements.

Voici ces différents types d’ajustement, sur l’exemple du palier lisse à monter :

En présence d’un ajustement avec serrage ou interférence, le palier ne peut être inséré dans l’alésage qu’en force et en être ressorti de la même manière. Le diamètre de l’alésage est plus petit que le diamètre extérieur du palier lisse. Si on voulait maintenant que le palier lisse soit sûr de glisser dans l’alésage, il serait indiqué de choisir un ajustement avec jeu.

En présence d’un ajustement avec jeu, le diamètre de l’alésage est forcément plus grand que le diamètre extérieur du palier lisse. Même si le diamètre de l’alésage était à la limite inférieure de tolérance (soit la plus petite cote permise) et le diamètre du palier à la limite supérieure de tolérance. L’habitué des paliers lisses voit déjà à quoi ça peut servir. Nous allons y revenir.

L’ajustement avec jeu incertain se situe comme son nom l’indique entre l’ajustement avec jeu et l’ajustement avec serrage. La plus grande cote de l’alésage est plus grande ou de la même taille que la plus petite cote du diamètre extérieur du palier lisse. La pratique prévoit même un quatrième type d’ajustement. L’ajustement « par lancer ». Le jeu entre les pièces est tellement grand qu’on peut lancer la plus petite pièce dans l’autre et qu’elle passe. (Autre lancer possible : le lancer des pièces dans la caisse à rebut).

La question du jeu du palier

Si un ajustement par serrage va servir à immobiliser le palier lisse, un ajustement avec jeu sera nécessaire pour l’interaction avec la pièce mobile. A l’endroit donc où quelque chose doit bouger. Dans la plupart des cas, c’est entre l’arbre et le palier que ça se produit. L’arbre se déplace sur le diamètre intérieur du palier lisse. Pour que l’arbre puisse se déplacer sans être gêné, le diamètre de l’arbre ne devrait pas être plus grand que le diamètre intérieur du palier lisse. Logique. Donc choisir les tolérances de manière à ce que l’arbre soit plus petit que le palier même dans le pire des cas. C’est tout. Presque. On ne veut pas non plus avoir trop de « place » ou de jeu entre l’arbre et le palier. Parce que les adeptes du VTT haut de gamme vont se plaindre des articulations qui claquent au niveau de la suspension arrière. Parce que l’habitué des bonnes chaises de bureau va se plaindre si elles grincent en tournant et parce que les automobilistes détestent les pédales instables. Le message est clair, non ? Donc prendre des tolérances serrées et réduire le jeu à son minimum absolu, alors ? Presque.

Un peu de jeu est nécessaire

Les paliers lisses en général et plus spécialement ceux en polymères ont besoin d’un certain jeu pour compenser différents facteurs inhérents au milieu dans lequel ils sont utilisés. Certains polymères absorbent de l’eau (le volume du PA 6.6 par exemple augmente d’environ 3%) ou se dilatent bien plus que l’alésage métallique à mesure que la température augmente. Si cela se produit, le jeu diminue..

Palier lisse à fente « à clipser » avec deuxième collerette pour compenser les tolérances des tôles embouties
Palier lisse à fente « à clipser » avec deuxième collerette pour compenser les tolérances des tôles embouties

Si le jeu choisi est trop petit, il y a blocage. L’arbre a du mal à se déplacer, ce qui risque de jouer sur sa perception ou sur les performances de la machine. Le palier s’use plus vite. Dans le pire des cas, le palier sort de son logement. Il faut donc trouver le juste milieu.

Autant de jeu que nécessaire, aussi peu que possible. Si l’on veut prendre un jeu vraiment faible, il est nécessaire d’examiner scrupuleusement les paramètres de l’application et d’accorder une importance encore plus grande à des critères de qualité aussi précis et stricts que possible.

Comme toujours, il faut trouver l’équilibre entre les aspects économiques et les aspects techniques.  Un jeu extrêmement faible n’est pas réalisable avec les logements emboutis grossiers, des arbres peu précis et des polymères « bon marché ». La décision finale sera toujours un compromis, tout en sachant que de nombreux problèmes peuvent être compensés par le bon choix du matériau et une géométrie astucieuse des pièces.

La solution sûre de fonctionner qui est la plus économique

Le cas de figure mentionné au début (palier lisse E10 à l’intérieur mesuré avec des piges, arbre h9, alésage H7) est elle aussi le résultat d’une telle réflexion. Les tolérances peuvent être réalisées de manière relativement économique, elles fonctionnent aussi avec des paliers en polymères bon marché et offrent aussi un jeu suffisamment faible pour avoir une bonne perception et un fonctionnement régulier des éléments dans la plupart des applications

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