CARACTERISTIQUES ET MODE DE LIAISONS MECANIQUES

# CARACTERISTIQUES ET MODE DE LIAISONS MECANIQUES ## Généralités sur les liaisons mécaniques ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les généralités des liaisons mécaniques. Dans le monde de la mécanique, qu'il s'agisse d'une voiture, d'une machine-outil ou même d'une simple porte, toutes les pièces sont connectées les unes aux autres d'une manière ou d'une autre. Ces connexions, appelées **liaisons mécaniques**, sont essentielles pour assurer le bon fonctionnement d'un système. Elles permettent de guider les mouvements, de transmettre des efforts et de maintenir les pièces en place. Comprendre comment les pièces interagissent est la première étape pour concevoir ou analyser n'importe quel mécanisme. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une liaison mécanique ? Une liaison mécanique est un contact entre deux ou plusieurs pièces qui limite ou empêche certains mouvements relatifs entre elles, tout en en permettant d'autres. Imaginez une porte : elle est liée à son cadre par des charnières (une liaison) qui lui permettent de s'ouvrir et de se fermer (rotation), mais l'empêchent de se déplacer vers le haut, le bas ou de côté (translations). #### Les degrés de liberté (DDL) Un corps solide libre dans l'espace peut se déplacer de six manières différentes. On appelle ces mouvements les **degrés de liberté** : * **Trois translations** : Mouvements rectilignes le long des trois axes d'un repère (souvent notés \(T_x\), \(T_y\), \(T_z\)). Par exemple, un objet qui glisse d'avant en arrière, de gauche à droite, ou de haut en bas. * **Trois rotations** : Mouvements de rotation autour des trois axes d'un repère (souvent notées \(R_x\), \(R_y\), \(R_z\)). Par exemple, un objet qui tourne sur lui-même comme une toupie. Une liaison mécanique a pour rôle de **supprimer** une partie ou la totalité de ces degrés de liberté entre les pièces qu'elle connecte. Le nombre de degrés de liberté restants définit le type de liaison. #### Caractéristiques des liaisons Les liaisons sont caractérisées par : * **Le nombre de degrés de liberté qu'elles suppriment** : Plus une liaison supprime de DDL, plus elle est « forte » ou « complète ». * **La nature du contact** : Le contact peut être ponctuel (un point), linéaire (une ligne) ou surfacique (une surface). #### Les principaux types de liaisons mécaniques Nous allons étudier quelques-unes des liaisons les plus courantes et leurs caractéristiques en termes de degrés de liberté : ##### 1. Liaison Encastrement (ou Fixe) * **Description** : Empêche tout mouvement relatif entre les deux pièces. Les pièces sont comme soudées ou boulonnées rigidement ensemble. * **Degrés de liberté supprimés** : 3 translations (Tx, Ty, Tz) et 3 rotations (Rx, Ry, Rz). * **Degrés de liberté restants** : 0 * **Exemple** : Une poutre soudée à un mur, le moyeu d'une roue vissé à un essieu fixe. ##### 2. Liaison Pivot * **Description** : Permet une seule rotation autour d'un axe commun aux deux pièces, tout en bloquant les autres mouvements. * **Degrés de liberté supprimés** : 3 translations (Tx, Ty, Tz) et 2 rotations (autour de deux axes perpendiculaires à l'axe de pivotement). * **Degrés de liberté restants** : 1 rotation (autour de l'axe de pivotement). * **Exemple** : Une charnière de porte, un axe de roue qui tourne dans un palier. ##### 3. Liaison Glissière * **Description** : Permet une seule translation rectiligne le long d'un axe commun, tout en bloquant les autres mouvements. * **Degrés de liberté supprimés** : 2 translations (perpendiculaires à l'axe de glissement) et 3 rotations. * **Degrés de liberté restants** : 1 translation (le long de l'axe de glissement). * **Exemple** : Un tiroir dans son meuble, un vérin pneumatique ou hydraulique. ##### 4. Liaison Appui Plan * **Description** : Permet deux translations dans un plan et une rotation autour de l'axe perpendiculaire à ce plan. Elle bloque la translation perpendiculaire au plan et deux rotations. * **Degrés de liberté supprimés** : 1 translation (perpendiculaire au plan de contact) et 2 rotations (dans le plan de contact). * **Degrés de liberté restants** : 2 translations (dans le plan de contact) et 1 rotation (autour de l'axe normal au plan). * **Exemple** : Un objet posé sur une table (il peut glisser sur la table et tourner sur lui-même, mais ne peut pas traverser la table ni basculer complètement). ##### 5. Liaison Rotule (ou Sphérique) * **Description** : Permet trois rotations autour d'un point commun aux deux pièces, tout en bloquant les trois translations. * **Degrés de liberté supprimés** : 3 translations (Tx, Ty, Tz). * **Degrés de liberté restants** : 3 rotations (Rx, Ry, Rz). * **Exemple** : Une rotule de direction de voiture, l'articulation de l'épaule dans un bras robotique. ### Vocabulaire * **Liaison mécanique** : Connexion entre pièces qui limite leurs mouvements relatifs. * **Degré de liberté (DDL)** : Un mouvement élémentaire (translation ou rotation) qu'une pièce peut effectuer. * **Translation** : Mouvement rectiligne d'un corps. * **Rotation** : Mouvement de pivotement d'un corps autour d'un axe. * **Axe de liaison** : L'axe autour duquel se fait le mouvement autorisé dans une liaison (par exemple, pour une liaison pivot ou glissière). * **Système mécanique** : Ensemble de pièces en liaison les unes avec les autres pour réaliser une fonction. ### Exemples 1. **Une porte** : Les charnières sont des **liaisons pivot** qui permettent la rotation de la porte pour son ouverture et sa fermeture. 2. **Un tiroir de bureau** : Les glissières sont des **liaisons glissière** qui permettent le mouvement de va-et-vient du tiroir. 3. **Une roue sur un axe de vélo** : Le contact entre l'axe et le moyeu de la roue est une **liaison pivot**, permettant à la roue de tourner. 4. **Une rotule de support d'écran** : C'est une **liaison rotule** qui permet d'orienter l'écran dans de multiples directions. 5. **Un boulon serré** : Le boulon et les pièces qu'il assemble sont en **liaison encastrement** s'ils sont suffisamment serrés, empêchant tout mouvement relatif. ### Exercices 1. Décrivez ce qu'est un degré de liberté et combien un corps libre en possède. 2. Nommez deux liaisons qui n'autorisent qu'un seul degré de liberté et précisez lequel pour chacune. 3. Dans un système d'étau, quelle est la liaison principale entre la mâchoire mobile et le corps de l'étau ? Justifiez votre réponse en termes de degrés de liberté. 4. Quel type de liaison une balle de tennis posée sur une table représente-t-elle ? (Imaginez la balle peut rouler et tourner sur elle-même sur la table). ### Devoir à la maison 1. Choisissez un objet du quotidien (par exemple, une paire de ciseaux, une agrafeuse, une tondeuse à gazon miniature) et identifiez au moins trois liaisons différentes. Pour chaque liaison, nommez-la et décrivez les degrés de liberté qu'elle autorise et ceux qu'elle supprime. 2. Recherchez la liaison hélicoïdale. Décrivez-la et indiquez combien de degrés de liberté elle autorise. Donnez un exemple concret de son utilisation. ### Résumé En résumé, les liaisons mécaniques sont les connexions entre les pièces qui composent un mécanisme. Elles définissent comment les pièces peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres en supprimant certains **degrés de liberté** (translations ou rotations). Nous avons exploré plusieurs types fondamentaux de liaisons : l'encastrement (0 DDL), le pivot (1 rotation), la glissière (1 translation), l'appui plan (2 translations, 1 rotation) et la rotule (3 rotations). Comprendre ces concepts est crucial pour la conception, l'analyse et la maintenance de tout système mécanique. Les liaisons sont les fondations sur lesquelles repose la fonctionnalité de toutes les machines.``` ## Les liaisons complètes non démontables (soudure, rivetage, collage, emmenchement forcé) ### Introduction Bienvenue dans cette leçon sur les liaisons mécaniques ! En dessin et technologie de construction mécanique, il est essentiel de comprendre comment les différentes pièces sont assemblées. Aujourd'hui, nous allons nous concentrer sur les **liaisons complètes non démontables**. Cela signifie que, une fois assemblées, ces pièces sont difficiles ou impossibles à séparer sans les endommager. Nous explorerons quatre méthodes principales : la soudure, le rivetage, le collage et l'emmenchement forcé. Ces techniques sont omniprésentes dans l'industrie, de la construction automobile à l'aéronautique, en passant par les structures métalliques. ### Concepts Clés #### 1. La Soudure La soudure est un procédé d'assemblage permanent qui consiste à unir deux ou plusieurs pièces de matériaux (généralement des métaux) en provoquant leur fusion et leur coalescence, souvent avec l'ajout d'un matériau d'apport. ##### Types de soudure courants : * **Soudure à l'arc électrique (SMAW/MMAW)** : Utilise un arc électrique entre une électrode enrobée et les pièces à souder pour faire fondre les métaux. * **Soudure MIG/MAG (GMAW)** : Utilise un fil-électrode continu et une protection gazeuse (gaz inerte pour MIG, gaz actif pour MAG) pour protéger le bain de fusion de l'air. * **Soudure TIG (GTAW)** : Utilise une électrode de tungstène non consommable et un gaz inerte (argon) pour une soudure de haute qualité, précise et sans projections. ##### Avantages : * Crée des assemblages très résistants, souvent plus résistants que le matériau de base. * Excellente étanchéité. * Permet des formes complexes. ##### Inconvénients : * Nécessite des compétences spécifiques. * Peut entraîner des déformations des pièces (distorsion thermique). * Difficulté de contrôle de la qualité interne des soudures. * Impossible de démonter sans destruction. #### 2. Le Rivetage Le rivetage est une technique d'assemblage permanent qui utilise des rivets pour fixer deux ou plusieurs pièces entre elles. Un rivet est une tige métallique avec une tête à une extrémité. Il est inséré dans des trous alignés dans les pièces, puis l'autre extrémité est déformée (matée) pour former une seconde tête, immobilisant ainsi les pièces. ##### Types de rivets : * **Rivets à tête ronde, fraisée, ou bombée** : Pour différentes applications esthétiques ou fonctionnelles. * **Rivets aveugles (ou pop-rivets)** : Peuvent être posés d'un seul côté, utiles quand l'accès à l'arrière de l'assemblage est impossible. ##### Avantages : * Facile à mettre en œuvre. * Bonne résistance aux vibrations. * Permet d'assembler des matériaux différents. * Ne nécessite pas de chaleur excessive, évitant les déformations thermiques. ##### Inconvénients : * Crée des protubérances (les têtes de rivet). * Moins étanche que la soudure. * Peut affaiblir les pièces en raison des trous percés. * Impossible de démonter sans destruction du rivet. #### 3. Le Collage Le collage est une méthode d'assemblage qui utilise un adhésif (colle) pour lier deux surfaces. L'adhésif crée une liaison chimique et/ou physique forte entre les pièces. ##### Types d'adhésifs : * **Colles cyanoacrylates (super-colles)** : Prise rapide, pour petites surfaces. * **Colles époxy** : Deux composants (résine et durcisseur), très résistantes, pour charges élevées. * **Colles polyuréthanes** : Souples, bonnes pour l'étanchéité et l'amortissement des vibrations. * **Colles acryliques** : Très résistantes aux chocs et aux cisaillements. ##### Avantages : * Permet d'assembler des matériaux différents (métal, plastique, bois, verre). * Répartition uniforme des contraintes sur toute la surface de contact. * Pas de perforation ou de déformation thermique des pièces. * Peut assurer une bonne étanchéité. ##### Inconvénients : * Sensibilité à la température et à l'humidité pour certains adhésifs. * Temps de prise parfois long. * Difficulté de contrôle de la qualité du joint collé. * Nécessite une bonne préparation de surface. * Durée de vie limitée de certains adhésifs. #### 4. L'Emmenchement Forcé L'emmenchement forcé (ou frettage, ou assemblage par ajustement serré) est une méthode d'assemblage où deux pièces sont assemblées par une interférence dimensionnelle. L'une des pièces est légèrement plus grande que le trou de l'autre, et l'assemblage est réalisé par application d'une force ou par dilatation/rétraction thermique. ##### Principes : * **Ajustement serré** : La pièce mâle est légèrement plus grande que la pièce femelle. L'assemblage est réalisé par pressage. * **Frettage (par dilatation/rétraction thermique)** : La pièce femelle est chauffée (dilatation) ou la pièce mâle est refroidie (rétraction) pour faciliter l'assemblage. Une fois les températures égalisées, l'interférence crée une liaison très forte. ##### Calcul de l'interférence (simplifié) : La force d'adhérence résultante dépend de la pression d'interface \(P\), du coefficient de frottement \(\mu\) et de la surface de contact \(S\). La pression d'interface est proportionnelle à l'interférence et aux propriétés élastiques des matériaux. Pour une liaison cylindrique, la pression d'interface \(P\) peut être estimée par: \[ P = \frac{\delta E}{D} \frac{1}{1 + \nu} \] Où: * \( \delta \) est l'interférence radiale. * \( E \) est le module d'Young du matériau. * \( D \) est le diamètre nominal. * \( \nu \) est le coefficient de Poisson. ##### Avantages : * Pas d'ajout de matière (rivets, colle, métal d'apport). * Bonne concentricité et alignement des pièces. * Bonne résistance aux charges statiques et dynamiques. ##### Inconvénients : * Nécessite des tolérances d'usinage très précises. * Peut endommager les surfaces lors de l'assemblage ou du démontage. * Démontage difficile, souvent par destruction ou par des méthodes thermiques inversées. * Force d'assemblage importante requise. ### Vocabulaire * **Coalescence** : Fusion des surfaces des matériaux pour former une seule entité. * **Matériau d'apport** : Métal utilisé pour remplir le joint lors de la soudure. * **Électrode** : Baguette métallique conductrice utilisée en soudure à l'arc. * **Bain de fusion** : Volume de métal fondu lors de la soudure. * **Rivet** : Tige métallique avec une tête, utilisée pour l'assemblage par rivetage. * **Mater** : Action de déformer l'extrémité d'un rivet pour former une seconde tête. * **Adhésif** : Substance (colle) qui permet d'unir des matériaux par adhérence. * **Interférence dimensionnelle** : Différence entre les dimensions de deux pièces destinées à être emmanchées, entraînant un ajustement serré. * **Frettage** : Procédé d'assemblage par emmenchement forcé utilisant la dilatation ou la contraction thermique. * **Module d'Young** \( (E) \) : Caractéristique d'un matériau qui mesure sa rigidité à la traction ou à la compression. * **Coefficient de Poisson** \( (\nu) \) : Rapport entre la déformation latérale et la déformation longitudinale d'un matériau soumis à une contrainte. ### Exemples * **Soudure** : Assemblage des coques de navires, des charpentes métalliques de bâtiments, des châssis de véhicules. * **Rivetage** : Assemblage des ailes d'avions, des structures de wagons ferroviaires, des réservoirs sous pression (historiquement). * **Collage** : Fixation des pare-brise automobiles, assemblage de composants électroniques, liaison de composites dans l'aéronautique, fixation de semelles de chaussures. * **Emmenchement Forcé** : Montage d'un roulement sur un arbre, fixation d'une bague sur un moyeu, assemblage de roues sur des axes dans l'industrie ferroviaire. ### Exercices 1. Nommez les quatre types de liaisons complètes non démontables étudiées dans cette leçon. 2. Expliquez pourquoi le rivetage est souvent préféré à la soudure dans certaines applications aéronautiques. 3. Donnez un avantage et un inconvénient majeurs de la soudure. 4. Qu'est-ce que l'interférence dimensionnelle dans le contexte de l'emmenchement forcé ? 5. Si vous deviez assembler une pièce en plastique avec une pièce en métal, quelle méthode d'assemblage serait la plus appropriée et pourquoi ? ### Devoirs 1. Recherchez et décrivez un exemple concret d'utilisation de chacune des quatre liaisons non démontables dans votre environnement quotidien (ex: cuisine, vélo, bâtiment...). 2. Expliquez en détail les précautions de sécurité spécifiques à prendre lors de travaux de soudure. Pourquoi sont-elles importantes ? 3. Imaginez que vous deviez concevoir un assemblage pour un meuble. Si vous utilisiez le collage, quelles seraient les étapes pour assurer une bonne adhérence des pièces ? 4. Un arbre de diamètre nominal \( D = 50 \) mm doit être emmanché dans un alésage. Si l'interférence radiale \( \delta \) est de \( 0.02 \) mm et que le module d'Young du matériau est de \( 210 \) GPa, expliquez qualitativement comment cela affecte la force nécessaire à l'assemblage. Quels sont les risques si l'interférence est trop grande ? ### Résumé Les liaisons complètes non démontables sont cruciales en mécanique pour créer des assemblages permanents et robustes. Nous avons exploré la **soudure**, qui utilise la fusion des matériaux ; le **rivetage**, qui fixe des pièces à l'aide de rivets déformés ; le **collage**, qui assemble par l'intermédiaire d'un adhésif ; et l'**emmenchement forcé**, qui repose sur une interférence dimensionnelle. Chaque méthode a ses propres avantages et inconvénients, ce qui rend le choix de la bonne technique essentiel en fonction des matériaux, des contraintes et des exigences de l'application. La compréhension de ces techniques est fondamentale pour tout technicien ou ingénieur en mécanique. Ces liaisons sont conçues pour ne pas être séparées sans endommager les composants, assurant ainsi l'intégrité structurelle des systèmes assemblés. ## Les liaisons complètes par vis d'assemblage (Filetage-Taraudage, réalisation de la liaison) ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les liaisons mécaniques ! Dans le monde du dessin et de la technologie de construction mécanique, il est essentiel de comprendre comment assembler différentes pièces pour qu'elles fonctionnent ensemble de manière efficace et sécurisée. Aujourd'hui, nous allons nous concentrer sur l'une des méthodes d'assemblage les plus courantes et les plus fiables : les liaisons complètes réalisées à l'aide de vis d'assemblage. Nous explorerons en détail les concepts de filetage et de taraudage, et comment ces opérations permettent de créer des assemblages robustes et démontables. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une Liaison Mécanique Complète ? Une liaison mécanique est dite **complète** lorsqu'elle bloque tous les mouvements relatifs (translations et rotations) entre les pièces assemblées. Cela signifie que les pièces sont solidarisées et ne peuvent plus bouger l'une par rapport à l'autre. Les vis d'assemblage sont parfaites pour créer ce type de liaison, car elles permettent de maintenir les pièces fermement en contact. #### Rôle des Vis d'Assemblage Les vis d'assemblage sont des éléments de fixation essentiels en mécanique. Leur rôle principal est de : * **Maintenir les pièces ensemble** : Elles appliquent une force de serrage qui plaque les surfaces des pièces l'une contre l'autre. * **Assurer une liaison démontable** : Contrairement aux soudures ou aux rivets, les assemblages par vis peuvent être démontés et remontés sans endommager les pièces, ce qui est très utile pour la maintenance ou les réparations. * **Transmettre des efforts** : Elles peuvent supporter des charges et des contraintes importantes, contribuant à la rigidité et à la stabilité de l'ensemble. #### Le Filetage et le Taraudage Le filetage et le taraudage sont deux opérations complémentaires indispensables pour l'utilisation des vis. Le filetage crée une hélice à l'extérieur d'une pièce (la vis), tandis que le taraudage crée une hélice correspondante à l'intérieur d'un trou. ##### Le Filetage (Filetage externe) Le **filetage** désigne la partie hélicoïdale (en spirale) présente sur le corps d'une vis ou d'un boulon. C'est cette hélice qui, en s'engageant dans un taraudage, permet l'assemblage. * **Caractéristiques principales du filetage :** * **Diamètre nominal (\( D \))** : C'est le diamètre extérieur de la vis (le plus grand diamètre de l'hélice). Il est souvent indiqué dans la désignation de la vis (ex: M8 signifie un diamètre nominal de 8 mm). * **Pas (\( P \))** : C'est la distance entre deux sommets de filets consécutifs mesurée parallèlement à l'axe de la vis. C'est une caractéristique cruciale qui détermine la vitesse d'avancement de la vis lors du serrage. \[ P = \text{distance entre deux filets adjacents} \] * **Profil du filet** : C'est la forme de la section du filet. Les plus courants sont le profil triangulaire (vis métriques, Whitworth) et le profil trapézoïdal. Pour les vis d'assemblage, le profil métrique (M) est le plus répandu. * **Sens d'hélice** : Généralement à droite (pour visser dans le sens horaire), mais il existe aussi des filetages à gauche pour des applications spécifiques. ##### Le Taraudage (Filetage interne) Le **taraudage** est l'opération qui consiste à créer un filetage à l'intérieur d'un trou, généralement dans une pièce, pour qu'une vis puisse s'y visser. Le trou ainsi fileté est appelé un **trou taraudé**. * **Réalisation du taraudage :** 1. **Perçage du trou** : Avant de tarauder, il est impératif de percer un trou dont le diamètre est inférieur au diamètre nominal de la vis. Ce diamètre est appelé **diamètre de perçage** ou **diamètre avant taraudage**. Il est calculé pour que le taraud puisse couper la matière et former des filets pleins. 2. **Utilisation du taraud** : Un **taraud** est un outil coupant, généralement en acier rapide, conçu pour créer le filetage interne. Pour un taraudage manuel, on utilise souvent un jeu de trois tarauds : * **L'ébaucheur** : Possède une entrée longue et conique pour amorcer le filetage. * **L'intermédiaire** : Poursuit la coupe des filets. * **Le finisseur** : Apporte la forme finale et précise du filet. 3. **Lubrification** : Une bonne lubrification est essentielle pendant l'opération pour faciliter la coupe et évacuer les copeaux. #### Réalisation de la Liaison par Vis d'Assemblage Pour assembler deux pièces à l'aide d'une vis et d'un trou taraudé, ou d'une vis et d'un écrou, voici les étapes générales : 1. **Préparation des pièces** : S'assurer que les surfaces de contact sont propres et planes. Si les pièces ne sont pas taraudées, il faudra les percer et les tarauder si nécessaire. 2. **Alignement** : Positionner les pièces de manière à ce que les trous soient parfaitement alignés. 3. **Insertion de la vis** : Introduire la vis dans les trous des pièces à assembler. 4. **Serrage** : Visser la vis dans le trou taraudé (ou avec un écrou) à l'aide d'une clé. Il est important d'appliquer un couple de serrage approprié. Un serrage excessif peut endommager le filetage ou la vis, tandis qu'un serrage insuffisant peut entraîner un desserrage ou une rupture de la liaison. Une **clé dynamométrique** est utilisée pour appliquer un couple de serrage précis. 5. **Accessoires** : Des rondelles sont souvent utilisées sous la tête de la vis ou sous l'écrou pour répartir la pression de serrage, protéger la surface des pièces ou éviter le desserrage. ### Vocabulaire * **Vis** : Organe fileté servant à l'assemblage de pièces. * **Écrou** : Pièce munie d'un taraudage interne, destinée à être vissée sur une vis ou un goujon. * **Filetage** : Hélice externe sur une vis ou un boulon. * **Taraudage** : Hélice interne dans un trou ou un écrou. * **Pas (\( P \))** : Distance entre deux filets consécutifs d'une vis ou d'un taraudage. * **Diamètre nominal (\( D \))** : Diamètre de référence d'une vis ou d'un taraudage (diamètre extérieur du filet de la vis). * **Clé dynamométrique** : Outil permettant de serrer une vis avec un couple de serrage prédéfini et précis. * **Liaison complète** : Assemblage qui empêche tout mouvement relatif entre les pièces. * **Rondelle** : Anneau plat placé sous la tête d'une vis ou d'un écrou pour protéger la surface et répartir la charge. ### Exemples d'Applications Pratiques * **Assemblage de carters moteur** : Les vis sont largement utilisées pour assembler les différentes parties d'un moteur, nécessitant des liaisons robustes et étanches. * **Fixation de composants sur un châssis** : Dans l'industrie automobile ou aéronautique, des milliers de vis sont utilisées pour fixer des éléments mécaniques et électroniques. * **Montage de machines-outils** : Les différentes parties d'une machine (bâti, chariots, têtes d'usinage) sont souvent assemblées par des vis et des goujons. * **Meubles en kit** : Un exemple quotidien où les vis permettent d'assembler des panneaux en bois ou en aggloméré pour former un meuble stable. ### Exercices 1. Définissez avec vos propres mots ce qu'est un filetage et un taraudage. Quelle est leur relation ? 2. Expliquez le rôle du **pas** d'une vis. Pourquoi est-il important de connaître sa valeur ? 3. Pourquoi dit-on qu'une liaison par vis est une liaison *complète* et *démontable* ? Donnez un exemple de situation où la démontabilité est un avantage. 4. Quelle est la fonction d'une **clé dynamométrique** lors du serrage d'une vis ? 5. Si vous deviez tarauder un trou pour une vis M10, comment choisiriez-vous le diamètre de perçage initial ? (Recherchez la formule ou une table si nécessaire). ### Devoirs 1. Dessinez une coupe schématique d'une vis engagée dans un trou taraudé. Identifiez clairement le filetage, le taraudage, le diamètre nominal et le pas. 2. Recherchez et décrivez deux autres types de profils de filet (outre le profil métrique triangulaire) et donnez une application typique pour chacun (par exemple, profil carré, trapézoïdal, etc.). 3. Décrivez en détail les étapes manuelles pour tarauder un trou traversant. Mentionnez les outils nécessaires et les précautions à prendre. 4. Trouvez trois objets autour de vous qui utilisent des vis pour leur assemblage et identifiez si possible le type de vis et la nature de la liaison. ### Résumé Pour conclure, les liaisons complètes par vis d'assemblage sont fondamentales en mécanique. Elles reposent sur la complémentarité entre le **filetage** (sur la vis) et le **taraudage** (dans la pièce ou l'écrou). Ces méthodes permettent de créer des assemblages robustes, fiables et surtout, démontables, facilitant ainsi la maintenance et l'évolution des systèmes mécaniques. La bonne compréhension des caractéristiques comme le diamètre nominal et le pas, ainsi que le respect des techniques de réalisation et de serrage, sont essentiels pour garantir la performance et la durabilité de ces liaisons. ## Les liaisons complètes par vis de pression et vis d'arret ### Introduction Dans le domaine de la construction mécanique, il est crucial de pouvoir assembler des pièces entre elles de manière fiable et précise. Ces assemblages, appelés liaisons mécaniques, ont des caractéristiques variées en fonction des mouvements qu'ils autorisent ou empêchent. Aujourd'hui, nous allons nous concentrer sur les liaisons complètes, qui bloquent tous les mouvements relatifs entre deux pièces, en utilisant deux éléments spécifiques : les vis de pression et les vis d'arrêt. Comprendre leur fonctionnement et leur application est fondamental pour concevoir des systèmes mécaniques stables et durables. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une liaison mécanique ? Une liaison mécanique est un assemblage entre deux ou plusieurs pièces qui définit les mouvements relatifs possibles entre elles. Chaque pièce peut potentiellement se déplacer selon six **degrés de liberté** : trois translations (selon les axes X, Y, Z) et trois rotations (autour des axes X, Y, Z). #### Les liaisons complètes Une **liaison complète**, aussi appelée **encastrement**, est une liaison qui supprime tous les six degrés de liberté entre deux pièces. Cela signifie qu'aucune translation ni aucune rotation n'est possible d'une pièce par rapport à l'autre. Elle assure une immobilisation totale. #### Les vis de pression Les vis de pression (ou vis sans tête) sont des éléments de fixation utilisés pour immobiliser une pièce par rapport à une autre. Elles fonctionnent par **friction**. ##### Fonctionnement Une vis de pression est vissée dans un alésage taraudé d'une pièce (par exemple, un moyeu) et vient appuyer directement sur la surface de l'autre pièce (par exemple, un arbre). La pression exercée génère une force de frottement qui empêche le mouvement relatif. La force de frottement \( F_f \) dépend du coefficient de frottement \( \\mu \) et de la force normale \( F_n \) exercée par la vis : \[ F_f = \\mu \cdot F_n \] ##### Types de pointes Les vis de pression existent avec différentes formes de pointe, chacune adaptée à des applications spécifiques : * **Pointe conique (coupante)** : Pour marquer légèrement la pièce ou s'incruster si la matière est tendre. * **Pointe plate** : Pour les surfaces planes ou quand une légère déformation de la pièce est acceptable. * **Pointe cuvette** : Pour une meilleure adhérence sur les arbres, sans trop les endommager. Idéale pour résister à des vibrations. * **Pointe téton (ou ergot)** : Utilisée pour loger dans une rainure ou un petit trou préparé, offrant ainsi une meilleure résistance à la rotation que la simple friction. ##### Avantages et Inconvénients * **Avantages** : Simplicité d'installation, ajustement facile. * **Inconvénients** : Peut endommager la surface de la pièce fixée (surtout sans logement), résistance limitée aux charges élevées ou aux vibrations importantes, risque de desserrage. #### Les vis d'arrêt Les vis d'arrêt sont similaires aux vis de pression mais sont conçues pour s'insérer dans un logement ou une empreinte préparée dans la pièce à fixer. Elles offrent une liaison plus robuste et plus précise. ##### Fonctionnement Contrairement à la vis de pression qui compte uniquement sur la friction, la vis d'arrêt s'engage dans un trou ou une encoche usinée dans l'arbre. Cela crée un blocage mécanique positif qui empêche à la fois la rotation et la translation. Elle ne dépend pas uniquement de la friction. ##### Types spécifiques (souvent avec pointe téton) * **Vis à téton cylindrique** : La partie cylindrique de la vis s'insère précisément dans un trou borgne (non traversant) de l'arbre. * **Vis à téton conique** : Le téton conique s'insère dans un lamage conique, offrant un centrage précis et une grande résistance. ##### Distinction de la vis de pression La principale différence est la **préparation de la pièce**. La vis d'arrêt exige un usinage (trou, rainure) sur la pièce immobilisée, tandis que la vis de pression peut être utilisée sur une surface lisse, bien que cela soit moins sûr. ##### Avantages et Inconvénients * **Avantages** : Liaison très robuste et fiable, positionnement précis, faible risque de desserrage, moins de dommages à la surface (car le contact est dans un logement). * **Inconvénients** : Nécessite un usinage supplémentaire sur la pièce à fixer, ce qui peut augmenter les coûts et la complexité de fabrication. #### Choix entre vis de pression et vis d'arrêt Le choix dépend de plusieurs facteurs : * **Précision de positionnement** : Vis d'arrêt pour une haute précision. * **Charges** : Vis d'arrêt pour des charges élevées ou des chocs. * **Fréquence de démontage** : Vis de pression pour des assemblages fréquemment démontés, vis d'arrêt si la fixation est plus permanente. * **Acceptation d'endommagement de surface** : Vis d'arrêt pour préserver la surface de l'arbre. * **Coût et complexité de fabrication** : Vis de pression est plus simple et moins chère. ### Vocabulaire * **Liaison mécanique** : Assemblage entre pièces définissant leurs mouvements relatifs. * **Liaison complète (Encastrement)** : Liaison qui supprime tous les 6 degrés de liberté. * **Degrés de liberté** : Les 6 mouvements possibles (3 translations, 3 rotations) d'une pièce dans l'espace. * **Vis de pression (Set screw)** : Vis sans tête qui immobilise des pièces par frottement. * **Vis d'arrêt (Stop screw/Dowel screw)** : Vis qui s'insère dans un logement usiné pour immobiliser des pièces. * **Arbre** : Pièce cylindrique rotative (axe) ou non. * **Moyeu** : Partie centrale d'une roue, poulie, engrenage qui s'emmanche sur un arbre. * **Patin** : Extrémité d'une vis de pression qui entre en contact avec l'autre pièce. * **Empreinte / Logement** : Trou ou rainure usinée dans une pièce pour y loger une vis d'arrêt. * **Friction** : Force qui s'oppose au mouvement relatif de deux surfaces en contact. ### Exemples 1. **Fixation d'une poulie sur un arbre** : Une vis de pression (souvent à pointe cuvette) est utilisée pour fixer la poulie au moyeu sur un arbre moteur. C'est une solution simple et rapide pour des charges modérées. 2. **Fixation d'un collier de butée** : Une vis d'arrêt à téton est insérée dans un trou percé dans l'arbre. Le téton de la vis rentre dans ce trou, bloquant le collier en translation et en rotation. Ceci est souvent utilisé pour positionner précisément des éléments ou pour des arrêts mécaniques. 3. **Montage d'une came sur un axe** : Pour garantir une synchronisation précise et éviter tout glissement, une came est fixée sur son axe à l'aide d'une vis d'arrêt dont le téton est engagé dans un logement usiné dans l'axe. Cela assure une transmission de mouvement sans jeu. ### Exercices 1. Quelle est la différence fondamentale dans le mode de fonctionnement entre une vis de pression et une vis d'arrêt ? 2. Dans quel cas préféreriez-vous utiliser une vis de pression plutôt qu'une vis d'arrêt ? Justifiez votre réponse. 3. Décrivez comment une vis de pression à pointe cuvette crée une liaison complète entre un moyeu et un arbre. 4. Pourquoi est-il important de choisir le bon type de pointe pour une vis de pression ? Donnez un exemple de situation où une mauvaise pointe pourrait causer un problème. ### Devoirs 1. Recherchez et dessinez trois différents types de têtes de vis (par exemple, six pans creux, fendue, Pozidriv) qui peuvent être utilisées avec des vis de pression ou d'arrêt. Indiquez un avantage pour chaque type. 2. Imaginez que vous devez fixer une roue dentée sur un arbre. Réalisez un croquis d'assemblage simple montrant la roue fixée à l'arbre en utilisant une vis d'arrêt. Assurez-vous d'indiquer le logement pour la vis. 3. Investiguez les situations où une liaison par vis de pression pourrait échouer (par exemple, sous l'effet de vibrations intenses ou de charges très élevées). Quelles alternatives plus robustes existent pour de telles applications ? Nommez au moins deux alternatives. ### Résumé Les liaisons complètes sont essentielles en mécanique pour assurer une immobilisation totale entre pièces. Les **vis de pression** offrent une solution simple et économique basée sur le frottement, bien qu'elles puissent endommager les surfaces et soient limitées en charge. Les **vis d'arrêt**, quant à elles, nécessitent un usinage précis des pièces, mais garantissent une liaison bien plus robuste, stable et précise grâce à un blocage mécanique positif dans un logement. Le choix entre ces deux types de fixations dépendra toujours des exigences spécifiques de l'application en termes de précision, de résistance aux charges, de fréquence de démontage et de contraintes de fabrication. Maîtriser leur usage est une compétence clé en dessin et technologie de construction mécanique. ## Les liaisons complètes démontables par goujons et boulons ### Introduction Dans le domaine du Dessin et de la Technologie de Construction Mécanique, il est essentiel de comprendre comment assembler différentes pièces pour créer un mécanisme ou une structure. Les liaisons mécaniques sont des connexions entre deux ou plusieurs pièces. Parmi elles, les liaisons complètes démontables sont particulièrement importantes car elles permettent de maintenir les pièces solidaires tout en offrant la possibilité de les désassembler sans les endommager. Cette leçon explorera deux types fondamentaux de ces liaisons : celles réalisées par goujons et celles par boulons. ### I. Qu'est-ce qu'une liaison complète démontable ? Une liaison complète démontable est un type de connexion mécanique qui empêche tout mouvement relatif entre les pièces assemblées (elle est donc "complète"). Sa particularité est qu'elle peut être séparée sans détériorer les éléments qui la composent, ce qui permet la maintenance, le remplacement de pièces ou le transport. C'est le contraire d'une liaison permanente (comme le soudage ou le rivetage). ### II. Les goujons #### A. Définition et rôle Un **goujon** est une tige cylindrique filetée à ses deux extrémités, ou à une seule extrémité. Il est conçu pour être vissé de manière permanente ou semi-permanente dans l'une des pièces à assembler. L'autre extrémité filetée reçoit une deuxième pièce, puis un écrou et souvent une rondelle pour la fixer. **Rôle :** Créer une liaison solide et démontable, souvent utilisée lorsque l'accès à l'arrière de la pièce est difficile pour un boulon, ou lorsqu'il faut éviter le desserrage fréquent du filetage directement dans la pièce. #### B. Types de goujons * **Goujon double filet :** Fileté sur ses deux extrémités, avec une partie centrale lisse ou légèrement filetée. Une extrémité est vissée dans la pièce et l'autre reçoit l'écrou. * **Goujon à embase ou goujon de fixation :** Une extrémité est vissée dans une pièce et une autre partie est souvent conçue pour être pressée ou soudée à une surface. * **Goujon de centrage :** Moins pour la fixation, mais pour positionner précisément des pièces l'une par rapport à l'autre (peut être non fileté). #### C. Mise en œuvre 1. Percer et tarauder un trou dans la première pièce. 2. Visser le goujon dans ce trou. 3. Positionner la deuxième pièce sur le goujon (elle doit avoir un trou lisse traversant). 4. Placer une rondelle, puis serrer un écrou sur l'extrémité libre du goujon. ### III. Les boulons #### A. Définition et rôle Un **boulon** (ou ensemble vis-écrou) est une pièce composée d'une tige filetée et d'une tête à une extrémité. Il traverse des trous lisses (non taraudés) dans les pièces à assembler. La fixation est réalisée en vissant un écrou sur la partie filetée du boulon, après que celui-ci ait traversé toutes les pièces. **Rôle :** Créer une liaison complète démontable très courante, facile à assembler et désassembler, offrant une grande polyvalence. #### B. Types de boulons (par type de tête) * **Boulon à tête hexagonale :** Le plus courant, pour un serrage avec clé plate ou à pipe. * **Boulon à tête carrée :** Moins courant, utilisé dans des applications spécifiques ou pour un maintien lors du serrage. * **Boulon à tête cylindrique à six pans creux (vis BTR) :** Pour un serrage avec clé Allen, permet un encombrement réduit. * **Boulon à tête fraisée :** Utilisé lorsque la tête doit affleurer la surface de la pièce. * **Boulon à œil :** Avec une boucle à la place d'une tête, pour l'ancrage ou le levage. #### C. Éléments associés : Écrous et rondelles * **Écrous :** Pièces filetées conçues pour être vissées sur le boulon ou le goujon. Les plus courants sont les écrous hexagonaux. Il existe aussi des écrous frein (auto-bloquants), des écrous à créneaux, des écrous papillon, etc. * **Rondelles :** Petites pièces plates généralement circulaires, placées entre la tête du boulon (ou l'écrou) et la pièce à assembler. Elles ont plusieurs fonctions : * **Répartir la charge :** Éviter l'endommagement de la surface de la pièce par la pression de la tête ou de l'écrou. * **Protéger la surface :** Éviter que l'écrou ne raye la pièce lors du serrage. * **Empêcher le desserrage :** Certaines rondelles (par exemple, rondelles ressort, rondelles à dents) augmentent le frottement ou créent une résistance au desserrage. #### D. Mise en œuvre 1. Aligner les trous lisses dans les pièces à assembler. 2. Insérer le boulon à travers ces trous. 3. Placer une rondelle (si nécessaire) sous la tête du boulon et une autre sous l'écrou. 4. Visser l'écrou sur le boulon et serrer l'ensemble avec des outils appropriés (clés). ### IV. Critères de choix et dimensions #### A. Matériaux Les goujons et boulons sont fabriqués dans divers matériaux pour s'adapter aux contraintes : * **Acier :** Le plus courant, avec différentes classes de résistance (ex: 8.8, 10.9, 12.9 pour l'acier allié à haute résistance). * **Acier inoxydable :** Pour la résistance à la corrosion. * **Laiton, bronze :** Pour des applications spécifiques (anti-étincelles, esthétique, conductivité). #### B. Dimensions * **Diamètre nominal (d) :** Le diamètre de la partie filetée (ex: M6, M8, M10). \[ M_d \] représente un filetage métrique de diamètre \( d \) mm. * **Pas de vis (p) :** La distance entre deux filets consécutifs (ex: M10x1.5). Pour un même diamètre, un pas fin est plus résistant au desserrage, un pas gros est plus rapide à assembler. * **Longueur (L) :** La longueur de la tige filetée. * **Normes :** Les dimensions et caractéristiques sont standardisées (ex: normes ISO, DIN). #### C. Précontrainte et serrage Un serrage adéquat est crucial pour l'efficacité et la sécurité de la liaison. * **Précontrainte :** Lors du serrage, le boulon est étiré, créant une force de tension interne. Cette force, appelée précontrainte, est essentielle pour maintenir les pièces serrées ensemble et empêcher le glissement ou le desserrage. * **Couple de serrage :** C'est la force de rotation appliquée lors du serrage. Elle est spécifiée par les fabricants et doit être respectée, souvent à l'aide d'une clé dynamométrique, pour garantir la bonne précontrainte et éviter la rupture du boulon ou l'endommagement des filets. ### V. Avantages et inconvénients #### A. Avantages * **Démontable :** Facilite la maintenance, le remplacement de pièces et le démontage. * **Réutilisable :** Les composants peuvent être réutilisés si non endommagés. * **Flexibilité :** Permet d'assembler des matériaux différents. * **Standardisation :** Composants normalisés et facilement disponibles. * **Grande résistance :** Si bien dimensionnés et serrés, ces liaisons peuvent supporter des charges importantes. #### B. Inconvénients * **Risque de desserrage :** Surtout sous l'effet de vibrations ou de charges dynamiques, nécessite parfois des dispositifs anti-desserrage (rondelles frein, écrous frein). * **Concentration de contraintes :** Les trous et les filets peuvent créer des zones de concentration de contraintes, potentiellement des points de faiblesse. * **Encombrement :** Les têtes de boulons et les écrous peuvent nécessiter de l'espace. * **Coût :** Peut être plus coûteux que des soudures pour certaines applications simples. ### VI. Vocabulaire essentiel * **Liaison complète :** Connexion qui bloque tous les mouvements relatifs. * **Liaison démontable :** Connexion qui peut être désassemblée sans endommager les pièces. * **Goujon :** Tige filetée aux deux extrémités ou à une extrémité, vissée dans une pièce et recevant un écrou. * **Boulon :** Tige filetée avec une tête, traversant les pièces et fixée par un écrou. * **Écrou :** Pièce filetée qui se visse sur un boulon ou un goujon. * **Rondelle :** Pièce plate placée sous la tête d'un boulon ou d'un écrou pour répartir la charge ou freiner le desserrage. * **Filetage :** Ensemble des filets d'une vis ou d'un écrou. * **Pas de vis :** Distance entre deux filets consécutifs. * **Précontrainte :** Tension interne créée dans le boulon lors du serrage. * **Couple de serrage :** Force de rotation appliquée pour serrer un boulon ou un écrou. ### VII. Exemples d'applications * **Assemblage de charpentes métalliques :** Les poutres et colonnes sont souvent boulonnées pour faciliter le montage sur site. * **Fixation de moteurs ou de pompes sur un bâti :** Permet une maintenance et un remplacement aisés. * **Assemblage de carters de machines :** Les couvercles et boîtiers sont fréquemment fixés par des boulons pour l'accès interne. * **Construction automobile :** De nombreux éléments (moteur, suspensions, châssis) utilisent des liaisons boulonnées. ### VIII. Exercices 1. Expliquez avec vos propres mots la différence fondamentale entre un goujon et un boulon. 2. Citez trois avantages majeurs d'une liaison boulonnée par rapport à une liaison soudée pour l'assemblage de pièces de machines. 3. Quel est le rôle principal d'une rondelle plate dans un assemblage par boulon et écrou ? 4. Dessinez à main levée un assemblage de deux plaques par un boulon, un écrou et deux rondelles. Indiquez la tête du boulon, la rondelle, la pièce supérieure, la pièce inférieure, la rondelle, et l'écrou. ### IX. Devoirs 1. Recherchez et décrivez le fonctionnement de deux types d'écrous frein (écrous auto-bloquants) différents. Expliquez comment ils empêchent le desserrage. 2. Choisissez un objet mécanique du quotidien (vélo, chaise de bureau, appareil électroménager, etc.) et identifiez au moins trois endroits où des liaisons par goujons ou boulons sont utilisées. Décrivez-en une en détail (type de boulon/goujon, pourquoi ce choix). 3. Imaginez que vous devez concevoir une liaison boulonnée pour une pièce soumise à de fortes vibrations. Quelles précautions prendriez-vous pour assurer la fiabilité de la liaison ? ### X. Résumé Les liaisons complètes démontables par goujons et boulons sont des éléments fondamentaux en construction mécanique. Elles permettent d'assembler des pièces de manière robuste tout en conservant la possibilité de les désassembler pour la maintenance ou le remplacement. La compréhension des différents types de goujons et boulons, de leurs éléments associés (écrous, rondelles) et des principes de serrage est cruciale pour garantir la fiabilité et la sécurité des assemblages. Ces liaisons offrent une grande flexibilité et sont omniprésentes dans presque toutes les constructions mécaniques, des structures simples aux machines complexes. ## Les liaisons complètes démontables par goupillage et clavette inclinée ### Introduction Dans le monde de la mécanique, il est souvent nécessaire d'assembler des pièces de manière à ce qu'elles puissent être démontées ultérieurement pour la maintenance, la réparation ou le remplacement. C'est le rôle des liaisons complètes démontables. Cette leçon explorera deux méthodes fondamentales pour réaliser ces liaisons : le goupillage et l'utilisation de la clavette inclinée. Nous verrons comment ces techniques permettent de solidariser des pièces tout en offrant la flexibilité du démontage. ### Concepts Clés #### 1. Qu'est-ce qu'une Liaison Complète Démontable ? * **Liaison Complète :** Une liaison est dite complète lorsqu'elle supprime tous les degrés de liberté entre deux pièces, empêchant tout mouvement relatif (translation et rotation) entre elles. * **Liaison Démontable :** Elle peut être désassemblée sans endommager les composants, permettant ainsi la maintenance, l'inspection ou le remplacement de pièces. * **Intérêt :** Ces liaisons sont essentielles dans la conception mécanique pour faciliter l'assemblage, la maintenance préventive et corrective des systèmes. #### 2. Le Goupillage Le goupillage est une technique simple et efficace pour positionner précisément des pièces ou transmettre des efforts modérés. ##### 2.1. Principe du Goupillage Une goupille est une petite pièce cylindrique ou conique insérée dans des trous alignés de deux pièces pour les fixer ou les positionner l'une par rapport à l'autre. Elle peut empêcher la translation, la rotation ou les deux, selon sa mise en œuvre. ##### 2.2. Types de Goupilles * **Goupille Cylindrique :** Utilisée pour un positionnement précis. Elle est souvent ajustée serrée pour éviter tout jeu. Elle résiste bien au cisaillement. * **Goupille Conique :** Sa forme conique (souvent une pente de 1:50) permet un ajustement serré par auto-blocage. Elle est facile à insérer et à retirer par une légère frappe. Idéale pour des démontages fréquents. * **Goupille Fendue (ou Goupille de Sécurité) :** Composée de deux branches qui sont écartées après l'insertion pour bloquer des écrous, des axes, ou empêcher le retrait d'une pièce. Elle ne transmet pas de couple mais sécurise un assemblage. * **Goupille Élastique (ou Goupille Ressort) :** Un tube fendu qui s'insère dans un trou. Sa flexibilité lui permet de s'adapter au trou et de maintenir les pièces par pression élastique. ##### 2.3. Applications du Goupillage * Positionnement précis de carters de machines. * Transmission de faibles couples (par exemple, dans les mécanismes d'horlogerie). * Blocage d'écrous à créneaux. * Articulation de leviers ou de bielles. #### 3. La Clavette Inclinée La clavette inclinée est une solution robuste pour lier un arbre et un moyeu, permettant la transmission de couples importants. ##### 3.1. Principe de la Clavette Inclinée Une clavette est une pièce métallique de forme prismatique, insérée dans des rainures complémentaires usinées sur l'arbre et le moyeu. Dans le cas de la clavette inclinée, l'une de ses faces est légèrement conique (typiquement 1:100). Lorsqu'elle est enfoncée, cette inclinaison crée un effet de coin, générant des forces de serrage importantes par frottement entre l'arbre, la clavette et le moyeu. C'est ce serrage qui permet la transmission du couple. ##### 3.2. Fonctionnement et Rôle * **Transmission du couple :** Le couple est transmis principalement par l'adhérence (frottement) due à la force de serrage créée par l'inclinaison. Il y a aussi une petite part de transmission par obstacle (form fit) grâce aux faces de la clavette en contact avec les rainures. * **Liaison Complète :** Elle assure une liaison en translation et en rotation entre l'arbre et le moyeu. * **Démontable :** Le démontage est réalisé en retirant la clavette, libérant ainsi le serrage. ##### 3.3. Types de Clavettes d'Entraînement Inclinées Bien qu'il existe d'autres types de clavettes (parallèles, Woodruff), nous nous concentrons ici sur les inclinées pour l'effet de serrage: * **Clavette plate inclinée :** Repose sur une face plate usinée sur l'arbre, et s'insère dans une rainure du moyeu. Le serrage est réalisé par la face supérieure inclinée. * **Clavette encastrée inclinée :** S'insère dans des rainures usinées sur l'arbre et le moyeu. C'est la plus courante pour la transmission de couples élevés. * **Clavette à talon :** Une variante de la clavette encastrée avec une partie saillante (le talon) qui facilite son extraction. ##### 3.4. Applications de la Clavette Inclinée * Fixation de poulies, d'engrenages, de manivelles sur des arbres de transmission. * Accouplements mécaniques nécessitant une transmission de puissance robuste. #### 4. Comparaison Goupillage et Clavette Inclinée | Caractéristique | Goupillage | Clavette Inclinée | | :-------------------- | :------------------------------------------- | :------------------------------------------------ | | **Fonction principale** | Positionnement, transmission faible couple, sécurité | Transmission de couples importants entre arbre-moyeu | | **Mode de liaison** | Obstacle (cisaillement de la goupille) | Serrage par frottement (effet de coin) et obstacle | | **Effort transmis** | Faible à modéré | Élevé | | **Précision** | Très bonne pour le positionnement | Bonne pour la transmission de couple | | **Démontage** | Facile | Facile, mais nécessite de vaincre le frottement | ### Vocabulaire Important * **Goupille :** Petite pièce métallique (cylindrique ou conique) utilisée pour fixer ou positionner des pièces. * **Clavette :** Pièce métallique insérée dans des rainures d'un arbre et d'un moyeu pour les solidariser en rotation. * **Moyeu :** Partie centrale d'une roue, poulie ou engrenage qui se monte sur un arbre. * **Arbre :** Élément mécanique cylindrique ou prismatique transmettant le mouvement de rotation et le couple. * **Liaison complète :** Assemblage qui empêche tout mouvement relatif entre les pièces. * **Liaison démontable :** Assemblage qui peut être séparé sans destruction des pièces. * **Cisaillement :** Contrainte résultant de forces qui agissent parallèlement à la surface d'un matériau, tendant à le couper. * **Couple :** Mesure de la force de torsion qui tend à faire tourner un objet autour d'un axe. Son unité est le Newton-mètre (\( N ext{·} m \)). ### Exemples Pratiques * **Goupillage :** Imaginez l'axe de la roue d'une brouette. Une goupille fendue est souvent utilisée à l'extrémité de l'axe pour empêcher la roue de glisser. Un autre exemple est la fixation du capot de moteur sur un châssis par des goupilles rapides. * **Clavette Inclinée :** La fixation d'une poulie de courroie sur l'arbre de sortie d'un moteur est un cas classique. La clavette s'insère dans les rainures de l'arbre et de la poulie, garantissant que la poulie tourne avec l'arbre sans glissement. ### Exercices 1. Décrivez la différence principale entre une goupille cylindrique et une goupille conique en termes d'utilisation et de démontage. 2. Quel est le rôle d'une goupille fendue et pourquoi ne serait-elle pas adaptée à la transmission d'un couple élevé ? 3. Expliquez comment la pente d'une clavette inclinée (par exemple 1:100) contribue à la transmission de couple. 4. Citez une application où le goupillage est plus approprié que la clavette inclinée, et vice-versa. 5. Si une clavette inclinée n'est pas suffisamment enfoncée, quelle conséquence cela peut-il avoir sur la transmission du couple ? ### Devoirs à la Maison 1. Recherchez et dessinez le schéma d'une liaison par clavette encastrée inclinée sur un assemblage arbre-moyeu. Indiquez la direction de la force de serrage due à la clavette. 2. Dans une conception mécanique, vous devez fixer un levier sur un axe qui transmet un couple \( C = 50 ext{ N·m} \). Proposeriez-vous un goupillage ou une clavette inclinée et justifiez votre choix. 3. Expliquez l'importance du bon ajustement des goupilles dans les trous pour garantir la précision et la tenue en charge. 4. Quels sont les avantages et les inconvénients des liaisons par frottement (comme la clavette inclinée) par rapport aux liaisons par obstacle pur pour la transmission de couple ? ### Résumé Les liaisons complètes démontables sont fondamentales en technologie de construction mécanique. Le **goupillage** est idéal pour le positionnement précis et la transmission de faibles couples, offrant une grande variété de goupilles adaptées à des besoins spécifiques (cylindriques, coniques, fendues, élastiques). La **clavette inclinée**, quant à elle, est la solution privilégiée pour la transmission de couples importants entre un arbre et un moyeu. Son principe repose sur l'effet de coin créé par son inclinaison, générant un puissant serrage par frottement. Comprendre ces deux méthodes permet de choisir la solution la plus adaptée à chaque besoin d'assemblage démontable en ingénierie. ## Liaison en rotation entre deux pièces (cannelures, clavette, vis de guidage) ### Introduction Dans le monde de la mécanique, il est souvent nécessaire de transmettre un mouvement de rotation et une puissance (un couple) d'une pièce à une autre. Pensez à l'arbre moteur d'une voiture qui fait tourner les roues, ou à une manivelle qui entraîne un mécanisme. Pour que ces pièces tournent ensemble sans glisser l'une par rapport à l'autre, des liaisons mécaniques spécifiques sont utilisées. Cette leçon explorera trois méthodes courantes pour établir une liaison en rotation: les clavettes, les cannelures et les vis de guidage (ou vis de blocage). ### Concepts Clés #### 1. Qu'est-ce qu'une liaison en rotation ? Une liaison en rotation est un assemblage de deux pièces ou plus qui permet de transmettre un mouvement de rotation d'une pièce motrice à une pièce réceptrice, tout en empêchant toute rotation relative entre elles. L'objectif principal est de transmettre le **couple**. Le couple (\( T \)) est une force qui tend à provoquer une rotation. Il est calculé comme le produit de la force (\( F \)) appliquée et de la distance (\( r \)) par rapport à l'axe de rotation: \[ T = F \cdot r \] #### 2. Les Clavettes Les clavettes sont des éléments mécaniques standardisés utilisés pour établir une liaison en rotation entre un arbre (axe) et un moyeu (pièce fixée sur l'axe, comme une poulie, un engrenage, etc.). Elles empêchent la rotation relative en s'intercalant dans des rainures usinées sur l'arbre et le moyeu. ##### Comment ça marche ? * Une rainure est usinée sur l'arbre. C'est la **rainure de clavette**. * Une rainure correspondante est usinée à l'intérieur du moyeu. * La clavette est insérée dans ces deux rainures, bloquant ainsi la rotation. ##### Types de clavettes courantes: * **Clavette parallèle:** La plus courante, de forme rectangulaire ou carrée. Elle assure une transmission de couple élevée et permet un léger mouvement axial lors de l'assemblage. * **Clavette-disque (Woodruff):** En forme de demi-lune, elle est utilisée pour des charges modérées. Elle s'adapte bien aux cônes et compense de petits défauts d'alignement. * **Clavette tangente:** Formée de deux pièces, elle transmet de très grands couples mais est moins courante. ##### Avantages et Inconvénients: * **Avantages:** Simples, économiques, faciles à monter et démonter, standardisées. * **Inconvénients:** Concentrent les contraintes (risques de rupture), nécessitent un usinage précis des rainures, limitent la capacité de couple par rapport aux cannelures. #### 3. Les Cannelures Les cannelures sont des dentures multiples usinées sur la surface d'un arbre et dans l'alésage d'un moyeu. Elles fonctionnent comme un grand nombre de petites clavettes réparties sur la circonférence de l'arbre. ##### Comment ça marche ? * L'arbre présente des **dents (cannelures externes)** sur sa surface extérieure. * Le moyeu a des **gorges (cannelures internes)** correspondantes dans son alésage. * Les dents de l'arbre s'engagent dans les gorges du moyeu, assurant une liaison très robuste. ##### Avantages et Inconvénients: * **Avantages:** Transmission de couples très élevés, meilleure répartition des contraintes (moins de concentration), permettent un glissement axial sous charge (très utile pour les boîtes de vitesses), meilleure tenue aux chocs. * **Inconvénients:** Coût d'usinage plus élevé, nécessitent une grande précision, assemblage plus difficile que les clavettes. #### 4. Les Vis de Guidage (ou Vis de Blocage/Pression) Les vis de guidage ou vis de blocage sont utilisées pour fixer une pièce sur un arbre et l'empêcher de tourner. Elles sont généralement utilisées pour des applications où le couple à transmettre est plus faible que pour les clavettes ou les cannelures, ou pour un positionnement précis. ##### Comment ça marche ? * Une vis (souvent sans tête ou à six pans creux) est vissée dans une partie du moyeu. * La pointe de la vis vient se serrer contre la surface de l'arbre, ou plus efficacement, dans un méplat (surface plane usinée) ou une gorge sur l'arbre. * Le serrage de la vis crée une force de friction qui empêche la rotation relative. ##### Avantages et Inconvénients: * **Avantages:** Très simples à mettre en œuvre, économiques, permettent un réglage du positionnement axial. * **Inconvénients:** Capacité de couple limitée (risque de glissement si le couple est trop élevé), peuvent endommager la surface de l'arbre si elles sont serrées directement sans méplat ou gorge. ### Vocabulaire * **Arbre:** Pièce cylindrique ou conique qui transmet le mouvement de rotation (l'axe). * **Moyeu:** Partie centrale d'une roue, d'une poulie, ou d'un engrenage qui est montée sur un arbre. * **Clavette:** Petite pièce métallique insérée dans des rainures pour lier un arbre et un moyeu en rotation. * **Cannelure:** Ensemble de rainures et de dents usinées sur un arbre et un moyeu pour une liaison robuste. * **Rainure de clavette:** Gorge usinée dans l'arbre ou le moyeu pour loger la clavette. * **Couple:** Force de rotation qui tend à faire tourner un objet. * **Vis de blocage (ou de pression):** Vis utilisée pour serrer et fixer une pièce sur un arbre, empêchant la rotation relative. * **Méplat:** Surface plate usinée sur un arbre, souvent utilisée avec une vis de blocage. ### Exemples Pratiques * **Clavette:** Une poulie d'entraînement sur l'arbre d'un moteur électrique est souvent fixée par une clavette parallèle. C'est aussi très courant pour les engrenages sur des arbres de machines-outils. * **Cannelures:** L'arbre de transmission d'une automobile, la liaison entre la boîte de vitesses et l'arbre de sortie, ou la fixation des roues dentelées d'une boîte de vitesses utilisent des cannelures pour transmettre de gros couples et permettre un ajustement axial. * **Vis de guidage/blocage:** La fixation d'une poignée sur un axe, le positionnement d'un petit pignon sur un arbre ou la fixation d'un capteur rotatif peuvent être réalisés avec une vis de blocage. ### Exercices 1. Expliquez la fonction principale d'une clavette dans un assemblage mécanique. Quand l'utiliseriez-vous plutôt que des cannelures ? 2. Décrivez comment les cannelures améliorent la transmission de couple par rapport à une simple clavette. 3. Imaginez que vous devez fixer une petite roue sur l'axe d'un robot jouet. Quel type de liaison en rotation (clavette, cannelures, vis de blocage) choisiriez-vous et pourquoi ? 4. Dessinez un arbre avec une rainure de clavette et un moyeu avec sa rainure correspondante. Indiquez où se positionnerait la clavette. 5. Quel est l'avantage d'utiliser un méplat sur un arbre lorsque l'on utilise une vis de blocage ? ### Devoirs 1. Recherchez et identifiez au moins trois objets ou machines dans votre environnement quotidien qui utilisent des clavettes ou des cannelures pour transmettre le mouvement. Décrivez leur application. 2. Dessinez un assemblage détaillé montrant un arbre cannelé s'engageant dans un moyeu cannelé. Représentez clairement les cannelures sur les deux pièces. 3. Comparez et contrastez les clavettes et les cannelures en termes de coût, de complexité d'usinage, de capacité de couple et de capacité à permettre un mouvement axial. 4. Expliquez pourquoi une vis de blocage seule pourrait être insuffisante pour une transmission de couple très élevée, comme celle d'un moteur de voiture. ### Résumé Pour conclure, la liaison en rotation est essentielle dans de nombreux mécanismes pour transmettre le mouvement et le couple entre un arbre et un moyeu. Nous avons exploré trois méthodes clés: * Les **clavettes**, simples et économiques, pour des couples modérés. * Les **cannelures**, robustes et adaptées aux couples élevés et aux mouvements axiaux. * Les **vis de guidage (ou de blocage)**, faciles à mettre en œuvre pour des couples faibles ou des réglages de positionnement. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients, et le choix dépendra toujours des exigences spécifiques de l'application, notamment le couple à transmettre, la précision requise et le coût. ## Liaison en translation entre deux pièces (anneaud'arret, bague d'arret, épingles) ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les liaisons mécaniques ! Aujourd'hui, nous allons nous concentrer sur la manière dont deux pièces peuvent être empêchées de bouger en ligne droite l'une par rapport à l'autre. C'est ce qu'on appelle une **liaison en translation**. Nous allons explorer des composants clés comme les anneaux d'arrêt, les bagues d'arrêt et les épingles, qui jouent un rôle crucial pour maintenir les pièces en place dans de nombreux mécanismes que nous utilisons au quotidien. Comprendre ces liaisons est fondamental en dessin et technologie de construction mécanique, car elles garantissent la bonne fonction et la sécurité des assemblages. ### Concepts Clés #### Qu'est-ce qu'une liaison en translation ? Une liaison en translation est un type de liaison mécanique qui empêche le mouvement rectiligne (ou axial) d'une pièce par rapport à une autre. Imaginez une roue sur un axe : si elle n'est pas retenue, elle peut glisser le long de l'axe. Une liaison en translation sert justement à l'en empêcher, la **fixant en position axiale**. * **Rôle principal :** Empêcher le déplacement d'une pièce le long d'un axe ou dans un logement. * **Principe :** Créer un obstacle mécanique qui bloque le mouvement relatif des pièces dans une direction linéaire. #### Les différents modes de liaisons en translation par obstacle Nous allons étudier trois types courants de composants utilisés pour réaliser ces liaisons : ##### 1. L'anneau d'arrêt (ou Circlip) L'anneau d'arrêt, souvent appelé circlip, est un anneau métallique fendu qui se loge dans une **gorge** usinée sur un arbre ou dans un alésage. Il agit comme une butée pour empêcher le mouvement axial d'une pièce. * **Description :** Anneau élastique en acier à ressort, fendu à une extrémité, conçu pour être monté et démonté à l'aide d'une pince spécifique. * **Types principaux :** * **Anneau d'arrêt pour arbre (externe) :** Se monte dans une gorge usinée sur un arbre pour retenir une pièce (comme un roulement ou un pignon) sur cet arbre. * **Anneau d'arrêt pour alésage (interne) :** Se monte dans une gorge usinée à l'intérieur d'un trou (alésage) pour retenir une pièce à l'intérieur de ce logement. * **Avantages :** Montage et démontage relativement faciles (avec l'outil adapté), encombrement axial faible. * **Inconvénients :** Nécessite une gorge usinée, ne supporte pas des charges axiales très importantes. ##### 2. La bague d'arrêt (ou Collier d'arrêt) La bague d'arrêt est un anneau qui vient se fixer sur un arbre (ou un axe) pour le bloquer en position. Contrairement à l'anneau d'arrêt, elle n'a pas besoin de gorge. * **Description :** Anneau plein ou fendu, serré sur l'arbre par une vis. Elle peut être simple (avec une vis sans tête qui vient en appui sur l'arbre) ou fendue et serrée par une vis à tête (serrage radial). * **Fonction :** Positionner avec précision ou arrêter une pièce sur un arbre en créant un appui solide. * **Types :** * **Bague d'arrêt à vis de pression :** La vis vient en contact direct avec l'arbre, créant un point de pression. * **Bague d'arrêt à serrage radial :** La bague est fendue et serrée sur l'arbre, répartissant mieux la pression. * **Avantages :** Peut être montée et démontée sans usinage complexe de l'arbre, réglable en position, bonne résistance aux efforts axiaux. * **Inconvénients :** Peut marquer l'arbre (pour les vis de pression), encombrement axial un peu plus important. ##### 3. Les épingles (ou Goupilles) Les épingles, plus communément appelées goupilles, sont des tiges métalliques utilisées pour lier ou positionner des pièces de manière précise. Elles sont insérées dans des trous traversants et bloquent le mouvement relatif entre les pièces. * **Description :** Petites tiges cylindriques, coniques, ou fendues, généralement en acier. * **Fonction :** * **Positionnement :** Assurer un alignement précis de deux pièces (ex: goupille cylindrique, conique). * **Arrêt axial :** Empêcher le glissement d'une pièce le long d'un axe ou d'un arbre (ex: goupille fendue, goupille Beta). * **Sécurité :** Certaines goupilles sont conçues pour cisailler sous une contrainte excessive, agissant comme des fusibles mécaniques. * **Types courants :** * **Goupille cylindrique :** Pour un positionnement précis. * **Goupille conique :** Permet un serrage ferme et un positionnement très précis. * **Goupille élastique (ou Mécanindus) :** Fendue sur toute sa longueur, elle se comprime légèrement pour un ajustement serré. * **Goupille fendue (ou Goupille Beta) :** Utilisée avec un axe percé, elle se replie sur elle-même pour maintenir l'axe en place. * **Avantages :** Simplicité, coût faible, polyvalence, certaines sont très facilement démontables. * **Inconvénients :** Nécessitent des trous traversants, certaines peuvent être difficiles à enlever sans outil spécifique ou être non réutilisables. #### Caractéristiques et critères de choix Le choix entre ces différents systèmes dépend de plusieurs facteurs : * **Effort axial à supporter :** La force que la liaison doit retenir. * **Précision de positionnement :** Si l'emplacement doit être exact. * **Fréquence de montage/démontage :** Si la pièce doit être retirée souvent. * **Coût et facilité d'usinage :** Les gorges pour circlips sont un coût supplémentaire. * **Encombrement :** L'espace disponible pour le composant. ### Vocabulaire * **Liaison en translation :** Liaison mécanique qui empêche le mouvement linéaire d'une pièce par rapport à une autre. * **Anneau d'arrêt (Circlip) :** Anneau métallique fendu utilisé pour retenir des pièces dans une gorge (sur un arbre ou dans un alésage). * **Bague d'arrêt :** Anneau fixé sur un arbre, généralement par serrage à l'aide d'une vis, pour positionner ou bloquer une pièce. * **Épingle (Goupille) :** Tige métallique insérée dans des trous pour positionner, lier ou arrêter des pièces. * **Arbre :** Pièce mécanique de forme cylindrique ou similaire, souvent tournante, sur laquelle d'autres pièces sont montées. * **Alésage :** Trou cylindrique ou conique usiné dans une pièce, conçu pour recevoir un arbre ou une autre pièce. * **Axial :** Relatif à l'axe d'une pièce, dans le sens de sa longueur. * **Gorge :** Rainure circulaire usinée sur un arbre ou à l'intérieur d'un alésage, destinée à recevoir un anneau d'arrêt. * **Pince à circlips :** Outil spécifique pour le montage et le démontage des anneaux d'arrêt. ### Exemples d'application Voici quelques situations où ces liaisons sont utilisées : * **Anneau d'arrêt :** Un roulement (qui permet une rotation) est souvent maintenu en place sur un arbre ou dans un carter par un anneau d'arrêt. Il l'empêche de glisser axialement. * **Bague d'arrêt :** Pour positionner précisément un pignon sur un axe de transmission afin qu'il engrène correctement avec une autre roue dentée. La bague permet de régler la position et de la fixer. * **Épingle (Goupille) :** * Une goupille cylindrique peut être utilisée pour aligner et fixer un levier sur un axe, permettant au levier de pivoter sans bouger axialement. * Une goupille fendue est souvent utilisée à l'extrémité d'un axe pour empêcher un écrou ou une rondelle de se dévisser ou de glisser, comme sur l'essieu d'une remorque. ### Exercices 1. Décrivez en une phrase le rôle principal d'une liaison en translation et pourquoi elle est importante. 2. Quelle est la différence fondamentale entre un anneau d'arrêt et une bague d'arrêt en termes de montage ? 3. Cite deux types de goupilles et donne un exemple d'application pour chacune. 4. Imaginez que vous devez assembler une roue sur un axe. La roue doit pouvoir tourner, mais ne pas glisser axialement. Quel type de liaison en translation pourriez-vous utiliser ? Justifiez votre choix. ### Devoirs à la maison 1. Faites une recherche et dessinez trois types de goupilles (autres que celles mentionnées si possible) en indiquant leur nom et leur usage principal dans un système mécanique. 2. Prenez un objet simple de votre environnement (un jouet, un outil, un mécanisme de porte, etc.) et essayez d'identifier une situation où une liaison en translation pourrait être nécessaire. Décrivez la pièce à retenir et quel composant de liaison (anneau d'arrêt, bague d'arrêt, ou goupille) serait le plus approprié et pourquoi. 3. Décrivez les étapes de montage et de démontage d'un anneau d'arrêt pour arbre, en précisant les outils nécessaires. ### Résumé Nous avons vu aujourd'hui que les **liaisons en translation** sont essentielles pour contrôler le mouvement des pièces dans les mécanismes. Elles empêchent les déplacements linéaires et assurent le positionnement axial. Nous avons étudié trois catégories principales de composants : * Les **anneaux d'arrêt** (circlips) se logent dans des gorges pour retenir des pièces. * Les **bagues d'arrêt** se serrent sur un arbre, offrant un positionnement ajustable et une bonne résistance. * Les **épingles** (goupilles) sont utilisées pour le positionnement précis, l'arrêt axial et parfois comme éléments de sécurité. Chacun de ces composants a ses propres avantages et est choisi en fonction des exigences spécifiques de l'assemblage, telles que la force à retenir, la précision nécessaire et la facilité de montage/démontage. Maîtriser ces concepts est une étape importante dans votre formation en technologie de construction mécanique.