Acier inoxydable usuel

Grace à un ajout de nickel et de chrome à un acier, on change les propriétés de notre matériau en le rendant inoxydable. Les inox les plus répandus dans la mécanique générale sont le 304 L et le 316 L.

L’inox 316 L résiste mieux à la corrosion que le 304 L. On utilisera donc l’inox 316 L dans les structures marines, médicales et chimiques. Le module de Young et le coefficient de Poisson restent les mêmes qu’un acier courent, soit :

– E = 210 GPa

– ν = 0.3

– densité : 7850 kg/m3

Les équivalences des normes de ces inox sont :

AISI Française Européenne
304 L Z3CN18-10 X2CrNi18-09 1.4307
316 L Z2CND17-12 X2CrNiMo17-12-02 1.4404

Aluminium usuel

Les aluminiums sont nombreux mais on utilise très souvent les mêmes, le 5083, le 2017A et 6060.

L’aluminium 5083 :

Autres désignations :

  • Européenne : AW-AlMg4,5Mn0,7
  • Mondiale : AlMg4,5Mn0,7
  • Française : AG4,5MC

Module de Young : E = 71 GPa

Coefficient de Poisson : v = 0.33

Densité : 2660 kg/m3

On le trouve essentiellement en plaque surfacée. Sa soudabilité n’est pas bonne.

L’aluminium 2017A :

Autres désignations :

  • Européenne : AW-AlCu4MgSi
  • Mondiale : AlCu4MgSi
  • Française : AU4G

Module de Young : E = 72.5 GPa

Coefficient de Poisson : v = 0.33

Densité : 2790 kg/m3

C’est l’alliage que l’on retrouve le plus souvent en usinage. Sa soudabilité n’est pas bonne.

L’aluminium 6060 :

Autre désignations :

  • Européenne : AW-AlMgSi
  • Mondiale : AlMgSi
  • Française : AGS

Module de Young : E = 69.5 GPa

Coefficient de Poisson : v = 0.33

Densité : 2700 kg/m3

C’est l’alliage le plus couramment utilisé en extrusion. Sa soudabilité est très bonne.

Poulies courroies

Les poulies sont souvent utilisées pour assurer une transmission dans des systèmes mécaniques. Les courroies des poulies possèdent un brin dur et un brin mou qui sont reliés par la relation d’Euler.

relation d'euler

Avec :

T : force du brin dur en N

t : force du brin mou en N

θD : angle d’enroulement de la courroie en rad

ff : coefficient de frottement

On peut aussi réaliser un rapport de réduction avec des poulies.

rapport red

D : diamètre de la poulie

Il existe plusieurs types de poulies, elles changent généralement en fonction de la courroie utilisée.

Courroie plate :

Les courroies plates permettent de transmettre de grandes vitesses de rotation. Afin de limiter l’action de la force centrifuge sur les courroies, on admet généralement les vitesses maximales ci-dessous :

  • Courroie en cuire : 25 m/s
  • Courroie en coton : 30 m/s
  • Courroie en rilsan : 80 m/s
  • Courroie en acier : 15 m/s

Courroie trapézoïdale :

Ces courroies sont réalisées en caoutchouc armé par des fils de coton, de nylon, d’acier etc. Elles se montent dans des poulies à gorge trapézoïdale, ce qui permet d’avoir une forte adhérence (environ trois fois plus qu’une courroie plate). Il est ainsi possible de réduire l’arc d’enrouement et d’avoir des entraxes relativement courts. Le plus souvent, l’angle de la courroie est de 40°.

courroie trap

Courroie W T Wd
Classique 13 8 11
Classique 17 11 14
Classique 22 14 19
Étroite 10 8 8.5
Étroite 13 11 11

Courroie crantée :

La face de ces courroies est crantée. Elles assurent ainsi une transmission sans glissement. Elles sont réalisées en néoprène armé par des fibres de verre ou par des fils d’acier.

Pas (mm) Largeurs posibles (mm)
5.08 6.35 ou 7.93 ou 9.52
9.52 12.7 ou 19.05 ou 25.4
12.7 38.1 ou 50.08 ou 76.2

Les longueurs disponibles sont évidemment proportionnelles au pas de la courroie crantée.

Équivalence de dureté

Les principales duretés utilisées ont des équivalences. Attention, les méthodes de mesures étant différente, il ne s’agit pas d’égalités mais d’équivalence !

kg/mm2 dureté Brinell Sclero Shore Rockwell C
100 293 45 31
120 352 53 37
142 418 62 44
163 478 70 50
182 534 76 54.5
204 601 83 59
222 653 90 63
246 712 96 67

Les principales formes et dimensions de l’acier

Les barres en acier sont fournies sous plusieurs formes, certaines sont beaucoup plus utilisées que d’autre.

Cornière asymétrique :

cornière assymétrique

La longueur à l’achat est d’environ 6 m.

h * b (mm) e (mm)
30 * 20 3, 4 ou 5
35 * 20 3 ou 5
40 * 20 3, 4 ou 5
40 * 25 4 ou 5
45 * 30 4 ou 5
50 * 30 4, 5 ou 6
60 * 30 5 ou 6
60 * 40 5, 6 ou 7
65 * 50 5, 6, 7 ou 8
70 * 50 5, 6, 7 ou 8
75 * 50 5, 6, 7 ou 8
80 * 40 5, 6, 7 ou 8

Cornière symétrique :

Pour une cornière symétrique, d’après le précédent schéma, on a h=b.

h (mm) e (mm)
20 3 ou 4
25 3, 4 ou 5
30 3, 4 ou 5
35 3, 4 ou 5
40 4, 5 ou 6
45 4, 5 ou 6
50 4, 5, 6, 7 ou 8
60 5, 6, 7, 8 ou 10
70 6, 7, 8 ou 10
80 8, 10 ou 12
90 8, 9, 10 ou 12
100 8, 10, 12 ou 15

Profilés en T :

49_corniere_profil_t

h (mm) b (mm) e (mm)
30 35 4
35 40 4.5
40 45 5

Il en existe principalement où h=b.

h (mm) e (mm)
20 3
25 3.5
30 4
35 4.5
40 5
45 5.5
50 6
60 7
70 8
80 9
100 11
120 13

Profilé en U : 

profilé en u

a (mm) b (mm) c (mm) e (mm)
80 45 5 8
100 50 5.5 8.5
130 55 6 9.5
15 65 7 10.2
175 70 7.5 10.7
200 75 8 11.5
220 80 8 12.5
250 85 9 13.5
270 95 9 14.5
300 100 9.5 16

Poutrelles IPE :

poutrelles_he

C(mm) D (mm) B (mm) A (mm)
80 46 3.8 5.2
100 55 4.1 5.7
120 64 4.4 6.3
140 73 4.7 6.9
160 82 5 7.4
180 91 5.3 8
200 100 5.6 8.5
220 110 5.9 9.2
240 120 6.2 9.8
270 135 6.6 12.2
300 150 7.1 10.7
330 160 7.5 11.5
360 170 8 12.7
400 180 8.6 13.5
450 190 9.4 14.6

Tube « gaz » :

Dénomination Diamètre extérieur (mm) Épaisseur moyenne (mm)
1/8 10.2 2
1/4 13.5 2.35
3/8 17.2 2.35
1/2 21.3 2.65
3/4 26.9 2.65
1 33.7 3.25
1 1/4 42.4 3.25
1 1/2 48.3 3.25
2 60.3 3.65
2 1/2 76.1 3.65
3 88.9 4.05
3 1/2 101.6 4.05
4 114.3 4.5

Les roulements

Les roulements sont utilisés dans les articulations pivots tournant à vitesse élevée et dont l’utilisation est régulière.

Le logement prévu pour accueillir un roulement doit avoir de bons états de surface. Son montage se fait ajusté sur l’arbre (H7h6 avec un Ra de 0.8µm) et serré dans l’alésage (H7m6 avec un Ra de 0.8µm).

Les roulements sont fait soit en acier soit en inox, on privilégiera l’inox pour les utilisations dans des environnements corrosif. Pour chaque matériaux il y a deux types de roulements, avec cache en plastique pour les protéger de la poussière et étanche pour les protéger des environnements très humide, immergés ou partiellement immergé.

Il existe aussi 5 familles de roulements : à billes, à rouleaux coniques, à rouleaux cylindriques, à aiguilles et le roulement rotule à rouleaux.

Roulements à billes :

Il existe deux sortes de roulements à billes, soit à contacts droits soit à contacts obliques.

Les roulements à billes à contacts droits (très économiques), sont les plus utilisés. Ils supportent tous les types de charges, , axiales, radiales ou combinées, tant qu’elles restent modérées.

Les roulements à billes à contacts obliques supportent tous les types de charges axiales, uniquement dans un sens. Ils doivent être montés au minimum par paire et en opposition. La version à deux rangées peut être utilisée seule dans le cas d’un arbre court.

Roulements à rouleaux coniques :

Ils supportent des efforts radiaux et axiaux importants. Ce type de roulement est idéal pour les guidages de précision devant subir de gros efforts. On associe généralement ces roulements par paire et en opposition (montage en O ou en X ).

Roulements à rouleaux cylindriques :

Ils supportent un léger défaut d’alignement. Il y a deux sortes de roulements à rouleaux :

  • Sur deux rangées de billes, ils supportent des charges radiales élevées
  • Sur deux rangées de rouleaux, ils supportent des charges radiales plus élevées

Roulements à aiguilles :

Ils ressemblent aux roulements à rouleaux, mais ses éléments roulants ont un diamètre beaucoup plus petit, donc moins encombrant. Ils sont surtout utilisés lorsque l’espace radial est petit.

Roulements à rotule à rouleaux :

Ils acceptent un grand déversement relatif des deux bagues. Ils sont généralement utilisés pour le guidage en rotation d’arbres très longs, pour lesquels il est impossible d’aligner les portées lors de leur réalisation.

Propriétés des matériaux usuels

Il s’agit des propriétés des matériaux les plus utilisés dans l’industrie.

Matériau Densité (kg/m2) Module de Young (GPa) Module de Coulomb (GPa) Contrainte limite élastique (MPa) Contrainte de rupture (MPa)
σe τe σr τr
 Acier 7850 210 80 250 125 400 200
Aluminium 2017A 2790 72.5 27.2 125 240
Aluminium 5083 2660 71 26.8 110 350
Aluminium 6060 2700 69.5 26.1 160 215
Argent 10500 83
Bronze 9000 110 33 500 730
Cadmium 8700 50
Chrome 5900 289
Cobalt 7800 209
Cuivre 8850 148 52 350 400
Diamant 3520 1000
Duralumin 2900 75  32 240
Étain 7300 41.5
Fonte 7100 100 80 200 300 300
Laiton 8550 110 42  500 550
Manganèse 7400 198
Molybdène 8600 329
Nickel 8700 220 86 900 1000
Nylon  1140  3.2 1.185 94.8 165
Or 19300 78
PE 960 0.896 0.3142 29 44.8
PEEK 1320 3.95 1.425 95 103
Platine 21450 168
Plexiglas 1180 3.8 1.365 72.4 79.6
Plomb 11350 15 6 12 20
POM C 1430 5 2.272 72.4 89.6
PP 910 1.55 0.5483 37.2 41.4
PVC 1580 4.14 1.489 52.1 65.13
Quartz 2650 75 50
Saphir  4030 420
Silicium 2500 169
Téflon 2200 0.552 0.1903 25 30
Titane 4510 116
Tungstène 17600 406
Verre 2500 69
Zinc 7150 107 44 166 200

Systèmes de blocage

Il existe beaucoup de façon de réaliser un blocage, cependant certains systèmes sont beaucoup plus utilisé que d’autre. Le blocage d’une pièce cylindrique est plus difficile qu’un blocage d’un autre pièce, de part le nombre de degré de liberté à supprimer.

Blocage avec écrou de serrage :

bocage écrou de serrage

Ce système nécessite de faire un méplat sur l’arbre pour permettre à l’écrou d’avoir une surface de contact plus grande.

Blocage par adhérence :

blocage par adhérence

Ce système de blocage est très utilisé mais souvent mal coté ou mal dessiné.

Au niveau du trou de passage de l’arbre, la cote d’ajustement perd tout son sens à cause de la saignée qui est réalisée par la suite. Le système est plus efficace si la saignée dépasse de l’autre coté du trou de perçage de l’arbre. L’épaisseur entre l’arbre et le haut de la pièce ne doit pas être trop grande sinon le système perd en efficacité.

Blocage par arc-boutement :

Le blocage par arc-boutement peut être aussi bien une solution qu’un problème rencontré par un concepteur.

300px-Arc-boutement1

Le blocage dépend de la longueur du bras de levier, de la force appliquée sur la pièce coulissante, de la longueur de l’alésage ainsi que le coefficient de frottement. Un simple calcul de statique (ou la méthode de résolution graphique) pourra déterminer la longueur qui délimite le blocage en fonction de la force appliquée.

Si on veut éviter ce phénomène d’arc-boutement, il faut :

  • De bons états de surface (pour diminuer le frottement)
  • Un coulisseau long
  • Un effort le plus près possible des zones de contact