Guider, c'est obliger une pièce à ne faire qu'un seul mouvement : tourner (un arbre dans son palier) ou glisser (un chariot sur son rail). L'Exetat demande le vocabulaire des pièces et le choix du roulement selon la direction des charges.
L'essentiel
- Un solide libre a 6 mouvements possibles, appelés degrés de liberté : 3 translations et 3 rotations. Une liaison en supprime certains. Pivot : il reste 1 rotation. Glissière : il reste 1 translation. Pivot glissant : 1 rotation et 1 translation de même axe. Encastrement (liaison complète) : aucun.
- Guidage en rotation (liaison pivot) : la pièce qui tourne est l'ARBRE ; la pièce fixe qui le porte est le PALIER (ou l'alésage). Le contact se fait directement par glissement (coussinet, bague) ou par des roulements.
- Guidage en translation (liaison glissière) : la pièce fixe qui sert de rail est la GLISSIÈRE ; la pièce mobile qui coulisse est le COULISSEAU (comme le chariot d'un tour sur son banc).
- Deux directions de charge : radiale, perpendiculaire à l'arbre (le poids sur une roue) ; axiale, le long de l'arbre (la poussée dans un virage, le poids d'une colonne verticale).
- Billes ou rouleaux : une bille touche sa bague en un point, un rouleau selon une ligne. À taille égale, les rouleaux portent des charges plus fortes.
- Choix du roulement : rigide à billes pour des charges radiales moyennes et axiales faibles ; rouleaux cylindriques pour une forte charge radiale sans charge axiale ; rouleaux coniques (ou billes à contact oblique, pour des charges plus faibles) pour des charges radiales et axiales combinées ; butée à billes pour une charge axiale seule.
- Les roulements à rouleaux coniques ne retiennent l'arbre que dans un sens axial : on les monte par paire, en opposition. C'est le montage classique des moyeux de roues de voiture.
- Le roulement à rotule (deux rangées de billes, chemin sphérique dans la bague extérieure) laisse l'arbre s'incliner comme une épaule : il convient quand l'arbre fléchit ou que les paliers sont mal alignés.
La méthode
- 1Identifie le guidage : rotation (pivot, arbre et palier) ou translation (glissière, coulisseau et glissière).
- 2Pour un roulement, repère la direction des charges : radiale seule, axiale seule ou les deux.
- 3Repère leur intensité : forte (rouleaux) ou moyenne (billes).
- 4Repère une contrainte particulière : défaut d'alignement (rotule), charge axiale dans les deux sens (paire de coniques en opposition).
- 5Élimine les propositions qui ne supportent pas une charge présente : rouleaux cylindriques et aiguilles sans axial, butée sans radial.
Un exemple résolu
Pour chacun des cas suivants, choisis le roulement : (a) un arbre de broyeur très chargé radialement, sans poussée axiale ; (b) le moyeu d'une roue de camion ; (c) une colonne verticale qui appuie de tout son poids sur son pivot ; (d) un long arbre de transmission qui fléchit un peu.
- 1.(a) Forte charge radiale seule : les rouleaux portent plus que les billes, et aucun effort axial n'est à reprendre. Roulement à rouleaux cylindriques.
- 2.(b) Forte charge radiale (le poids) et forte charge axiale (les virages), dans les deux sens : rouleaux coniques, montés par paire en opposition.
- 3.(c) Charge dirigée le long de l'axe uniquement : butée à billes.
- 4.(d) Défaut d'alignement : roulement à deux rangées de billes à rotule.
Réponse : (a) rouleaux cylindriques ; (b) rouleaux coniques par paire ; (c) butée à billes ; (d) roulement à rotule sur billes.
Les pièges à éviter
- Inverser arbre et palier : l'arbre tourne, le palier est fixe.
- Appeler « arbre » la pièce mobile d'une glissière : c'est le coulisseau.
- Choisir des rouleaux cylindriques quand il y a une charge axiale : ils n'en supportent pratiquement pas.
- Choisir une butée pour une charge radiale : elle ne supporte que l'axial.
- Choisir des rouleaux coniques quand la charge est purement radiale : ils conviennent, mais les rouleaux cylindriques sont la réponse attendue.
À retenir
Pivot : un arbre tourne dans un palier ; glissière : un coulisseau glisse sur une glissière. Radial fort : rouleaux cylindriques ; combiné : rouleaux coniques par paire ; axial seul : butée ; désalignement : rotule.