Frettage 1 [PDF]

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ÉTUDE DU FRETTAGE (INTERFERENCE FIT) A. PRESENTATION DE L'ASSEMBLAGE Les surfaces de liaison sont des cylindres de révolution de même diamètre nominal (basic size). L'ajustement normalisé correspondant doit être choisi de telle sorte qu'il existe toujours un serrage (interference) dans l'assemblage capable ainsi de transmettre un couple. Ainsi, en fonction des diamètres nominaux, le premier ajustement assurant un serrage au montage est donné dans le Tableau 1. En annexe se trouve le même tableau détaillé intégrant les valeurs des tolérances pour chaque ajustement préconisé. Ajustements (fits) H6 H7 H8 1 d 180 mm ; Ra = 1,6.

Soit un lissage de : 5 m pour d 180 mm ; 10 m pour d > 180 mm.

4. CONDITIONS DE MONTAGE (SI L'ON CHOISI D'ASSEMBLER LES DEUX ELEMENTS PAR DILATATION DU MOYEU) Dans ce contexte d’assemblage, il est primordial de prendre en compte un jeu minimum d’introduction lors de l'assemblage. Ce jeu (clearance) doit être évolutif en fonction de la valeur du diamètre de frettage. Le Tableau 3 préconise des valeurs de jeu (j). Diamètre nominal Jeu minimum d 100 j = 0,15 mm 100 < d 200 j = 0,20 mm 200 < d j = 0,25 mm Tableau 3 : Jeu de montage par dilatation 4.1. Dilatation du diamètre du moyeu: a a=j+

max

+ lissage

Il faut définir une perte de serrage (lissage) due à l’écrasement des aspérités de surface. Dans la pratique il convient de majorer les serrages théoriques d’un minimum de 3 x Ra ou (5 m pour d < 180 ; 10 m pour d > 180 mm). Ce phénomène est à prendre en compte surtout pour des petits diamètres. 4.2. Élévation de température ( t) :

t

a .d

Pour de l’aluminium Acier 10,5 12 (10-6 /°C)

23.10-6 mm/mm°C

Titane 9 (10-6 /°C)

Fonte 9 11 (10-6 /°C)

Aluminium Bronze Laiton 22,5 23,8 7 8 17 28 (10-6 /°C) (10-6 /°C) (10-6 /°C) Tableau 4 : Coefficients de dilatation

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Verre 3,4 5,9 (10-6 /°C)

Plastique 65 200 (10-6 /°C)

Remarque : Il faut veiller à ce que la température du moyeu ne dépasse pas, même localement, une valeur qui risque d'affecter les caractéristiques du matériau constitutif. 5. CONDITIONS DU DEMONTAGE A sec:

Effort mini Effort maxi

Fmin = .l.d.f.pmin Fmax = .l.d.f.pmax

A l'huile: Effort mini Fmin = .l.d.f’.pmin Effort maxi Fmax = .l.d.f’.pmax

f’ : coefficient de résistance au glissement dans le cas d'un démontage par pression d’huile (f’ = 0,02 en pratique). C. CONCEPTION ET RÉALISATION (D'APRES NF E 22-621) 1. MATIERE La capacité de transmission d'effort d'un assemblage fretté est fonction du coefficient de frottement, du serrage, de la surface de contact et de la géométrie des pièces. Il convient donc de choisir des matériaux offrant une bonne résistance au frottement et aux contraintes pour conserver dans le temps les qualités de l'assemblage. L'attention doit également être portée sur la température nécessaire au montage (voir le paragraphe : conditions de montage). 2. CONCEPTION L'assemblage doit être étudié pour limiter les concentrations de contraintes (stress concentration) et leurs conséquences sur l’arbre, au droit de l'assemblage, ainsi que pour faciliter le montage et, s'il est prévu, le démontage.

Exemple 1

Exemple 2 Figure 6 : Exemples d’assemblage

Exemple 3

Les exemples de la Figure 6 rappellent les dispositions les plus couramment rencontrées dans ce genre d'assemblage. Ces exemples ne sont à considérer que comme un guide, et doivent être adaptées par le concepteur en fonction de son expérience propre et des contraintes dont il doit tenir compte, contraintes mécaniques, économiques, etc. 2.1. Dispositions générales 2.1.1. Augmentation du diamètre de l'arbre Des études théoriques montrent que l'augmentation de contrainte due à l'effet d'encastrement peut être compensée par une augmentation du diamètre d'environ 10% du droit de l’assemblage (Exemple 1). Dans la pratique, une telle augmentation est rarement compatible avec la conception générale des assemblages, et on pourra utiliser les valeurs ci-dessous (Exemple 2) : d1 1,01 d d1 min = d + 2 d1 - d < r < 2d1-d (le plus grand possible). Il est utile de prévoir cette augmentation de diamètre dans tous les cas (assemblage au milieu de l'arbre ou arbre épaulé), afin de faciliter le montage et, éventuellement, le démontage. Mais, l'augmentation de diamètre étant faible, elle n'aura qu'une incidence réduite sur l'effet d'encastrement, et il faudra lui associer l'une des dispositions ci-dessous (gorge de déconcentration de contrainte, évasement de l'entrée du moyeu). 2.1.2. Gorges (groove) de déconcentration de contraintes Ces gorges rendent la pression d'encastrement progressive (Exemple 3). Les valeurs suivantes peuvent être utilisées : 0,01 d1 r 0,06 d1 b = 2r c = 1,5 à 2 pour d1 180 c = 2 à 5 pour d1 > 180 0,03 d1 e 0,05 d1 r < h < r+c 2.2. Dispositions particulières pour arbres épaulés (round shaft with shoulder fillet) Les dispositions à adopter sont destinées à éviter le cumul des concentrations de contraintes dues à l’effet d’encastrement (assemblage) et à l’effet d’entaille (épaulement dans une même section de l’arbre. Les cas 4, 5, 6, 7 de la Figure 7 présentent des exemples de mode de réalisation. 159

cas 1

cas 2 cas 3 Figure 7 : Exemples de disposition pour arbres épaulés

cas 4

L'effet d'entaille dû à l’épaulement est diminué par un bon arrondi. Le chanfrein du moyeu sépare la section A-A de l'arbre affaiblie par l’effet d'encastrement, de la section B-B subissant l'effet d'entaille dû à l'épaulement. Les figures précédentes illustrent d'autres réalisations possibles; ces dispositions ne sont pas limitatives, et le choix entre elles doit être fait par le concepteur en fonction de toutes les caractéristiques de l’assemblage qu'il conçoit (diamètre de l’épaulement, démontage éventuel, coût de réalisation). Par exemple, le raccordement du diamètre d'assemblage à l’épaulement par deux rayons successifs, permet une grande réduction des pointes de contrainte, mais pour un coût élevé. - L'épaulement débute par un arrondi à grand rayon et se termine par une rainure de décharge rentrante. Alésage du moyeu avec entrée légèrement conique. La rainure de décharge de l'épaulement n'affaiblit pas l'arbre. - Une rainure de décharge dans la face frontale du moyeu rend la pression d'encastrement progressive. Base de l’épaulement avec arrondi rentrant. Dans ce cas, le diamètre extérieur de l'épaulement doit être plus grand. La rainure de décharge de l'épaulement n'affaiblit pas l'arbre. - On obtient un bon arrondi par une rainure de décharge mordant dans l’épaulement. (Moyeu chanfreiné ou non). - En diminuant le diamètre de l’arbre, on augmente la distance entre les deux sections affaiblies (Figure 8).

Figure 8 : Exemples de conception pour diminuer les concentrations de contraintes Remarque importante : Dans tous les cas, l'usinage des raccordements doit être fait avec le plus grand soin, les défauts de surface, mauvais raccordement des rayons, etc., pouvant entraîner des concentrations de contraintes supérieures à celles que l'on cherche à éliminer. 2.3. Position du moyeu pour assemblages démontables Pour permettre un démontage aisé, le moyeu doit : - déborder la surface de contact du coté du démontage ; - être en retrait du côté opposé au démontage.

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