Questions sur les ajustements ISO

[Zoxume]

Bonjour à tous,

Pour un projet qu’on pourrait qualifier d’horologerie s’il était de dimensions plus réduites, j’ai besoin de mettre en place des pièces tournantes et notamment des engrenages (trente roues au total). Il est donc nécessaire d’utiliser le système d’ajustements ISO pour que les pièces puissent tourner correctement ou rester immobiles suivant le cas. Ma question est en deux partie : la première sur les ajustements avec jeu et la deuxième sur les ajustements serrés.

D’après le guide des sciences et technologies industrielles de Fanchon et le guide du dessinateur industriel de Chevalier, pour les cas usuels de guidage tournant avec jeu, il est recommandé d’utiliser H8f7, H8e8 ou H9e8 ; pour un guidage précis, il est recommandé d’utiliser H7g6. Quelle est l’incidence sur la précision de l’engrenage si les arbres des roues sont en H8f7, H8e8 ou H9e8 ? D’après Chevalier, H7g6 est à utiliser pour les mouvements de faible amplitudes. Qu’est-ce que cela signifie ? Toujours dans le cas d’un arbre de roue dentée, cela empêche-t-il la roue de tourner correctement ?

L’ajustement serré H7p6 est destiné à un assemblage à la presse. Fanchon et Chevalier indiquent que le démontage est impossible sans détériorer les pièces. Qu’en est-il exactement ? Dans le cas d’assemblages qu’on peut aisément positionner de sorte à dégager les pièces, y a-t-il des dommages importants ? Concrètement, pour prendre un exemple dont j’ai besoin : un arbre avec un collet qui vient se loger dans le chambrage de deux roues dentées montées têtes bêche tout en laissant un espace suffisant entre elles (la rotation relative des deux roues doit être bloquée) ; si l’extérieur du collet est p6 et le chambrage H7, peut-on démonter et remonter l’assemblage pour le réutiliser ensuite ?

Merci de m’éclairer.

 

[philippe2]

Bonjour,

L'horlogerie est une technique qui a précédé de plusieurs siècles les normes ISO. Tes référentiels tels que le Chevalier par ailleurs datent un peu, mais me semblent parfaitement utilisables, avec du bon sens.
H7g6 pour les faibles amplitudes est dû au fait que c'est un ajustement glissant très juste. Et dont la robustesse de la liaison est liée aux conditions de lubrification pour des mouvements d'une certaine amplitude (par exemple, ajustement d'un axe de piston sur un moteur thermique qui lubrifie beaucoup plus qu'un mouvement d'horlogerie).
Pour le H7p6 oui cela est serré, mais pas forcément avec dégradations des pièces au démontage, cela dépendant entre autres de la dureté des matériaux et de l'état de surface des pièces ajustées. Mais aussi de la faculté de trouver des appuis sans tout mettre "en parapluie".

Sinon un assemblage à la loctite peut faire des miracles sur des pièces délicates, d'autant que le couple à transmettre doit être faible.

Bien cordialement,

 

[Zoxume]

H7g6 pour les faibles amplitudes est dû au fait que c'est un ajustement glissant très juste. Et dont la robustesse de la liaison est liée aux conditions de lubrification pour des mouvements d'une certaine amplitude (par exemple, ajustement d'un axe de piston sur un moteur thermique qui lubrifie beaucoup plus qu'un mouvement d'horlogerie).

C’est donc lié à la longueur de guidage ? Dans mon cas, elle est plutôt bonne.

Qu’en est-il des avantages et inconvénients des ajustement H8f7, H8e8 et H9e8 ?

Pour le H7p6 oui cela est serré, mais pas forcément avec dégradations des pièces au démontage, cela dépendant entre autres de la dureté des matériaux et de l'état de surface des pièces ajustées. Mais aussi de la faculté de trouver des appuis sans tout mettre "en parapluie".

Voici un schéma de principe de l’ensemble qui m’intéresse :

La partie de l’arbre de 4 mm de diamètre est ajustée H8f7 (par exemple). Sur la version du haut, le collet serait p6 pour bloquer la rotation ; sur la version du bas, il n’est pas nécessaire d’avoir un ajustement bloquant puisque le collet se loge dans un poche à peu près rectangulaire. La seconde solution est plus facile à mettre en place mais est plus délicate à fabriquer et donc sans doute plus cher et c’est pourquoi j’ai commencé à réfléchir à un ajustement H7p6. Sur la partie droite du schéma est reproduite l’organisation de l’assemblage de manière simplifiée. Les roues dentées sont en laiton, les platines en aluminium et l’arbre est en acier.

Je précise que je n’ai pas beaucoup de place puisque la plus petite roue dentée concernée par ce type d’assemblage a douze dents et est de module 1.

Sinon un assemblage à la loctite peut faire des miracles sur des pièces délicates, d'autant que le couple à transmettre doit être faible.

C’est une piste à laquelle j’ai déjà pensé mais on ne peut plus rien démonter et je voudrais éviter autant que possible. Si un assemblage à la presse est assez solide et que le démontage ne dégrade pas les pièces tout en demandant moins de travail pour les fabriquer, même si le démontage nécessite quelques outils (et, au pire, le démontage des assemblages concernés n’empêche en rien le démontage complet de l’ensemble de l’objet).

 

[philippe2]

Bonjour,

Merci pour le schéma et les infos complémentaires. De ce que comprends, le but est de lier en rotation les deux roues dentées, et permettre que cet ensemble de deux roues tourne librement entre les deux platines.
La possibilité de démonter l'ensemble roues et axes est une contrainte forte qui va rendre la réalisation difficile. Pourquoi cette contrainte ?
En remarque su l'option du haut où le couple est transmis par l'ajustement serré du D6 dans un alésage épaulé va aussi rendre la réalisation compliquée. Et compte tenu d'un petit rayon d'outil dans le fond, des chanfreins ou cassage d'angle, la longueur utile va être très faible. Et donc aussi en conséquence la valeur du couple transmissible.
Une suggestion est de faire ces alésages D6 débouchants sur les deux roues, ce qui permet de les finir avec un alésoir de 6H7. Et accessoirement d'assurer les butées axiales par les faces épaulées de l'axe (D4-D6) sur les platines (sur ton schéma c'est toute la face des roues qui porte sur la platine). Avec donc soit un ajustement serré, soit loctite.

Qu’en est-il des avantages et inconvénients des ajustement H8f7, H8e8 et H9e8 ?

Concernant les classes d'ajustement, elles sont le compromis entre des exigences de conception et les possibilités de fabrication. La précision requise pour un guidage en rotation (paliers) dépendant :
- Des limites de jeu maxi acceptable de l'ensemble mécanique (précision requise).
- Des limites de jeu mini acceptable compte tenu par exemple des conditions de lubrification, des dilatations différentielles etc.

Sans avoir une description plus complète de l'ensemble concerné, il est difficile de se prononcer entre un H8f7, et un H9e8 moins précis avec des jeux plus grands.

Bien cordialement,

 

[Zoxume]

La possibilité de démonter l'ensemble roues et axes est une contrainte forte qui va rendre la réalisation difficile. Pourquoi cette contrainte ?

C’est dans le cas où il faudrait changer une pièce. C’est peu probable mais je n’aime pas être limité de ce point de vue. Il est toujours envisageable de revenir sur cette contrainte.

Une suggestion est de faire ces alésages D6 débouchants sur les deux roues, ce qui permet de les finir avec un alésoir de 6H7. Et accessoirement d'assurer les butées axiales par les faces épaulées de l'axe (D4-D6) sur les platines (sur ton schéma c'est toute la face des roues qui porte sur la platine). Avec donc soit un ajustement serré, soit loctite.

Je ne suis pas sûr de visualiser correctement ta solution. Pourrais-tu faire un schéma ? S’il n’y a rien pour bloquer la translation sur l’arbre, le montage risque de manquer de précision et cela risque d’être préjudiciable (et comme c’est indémontable, la correction est difficile).

J’ai aussi pensé à quelque chose comme le B du schéma ci-dessous. Le A reprend la configuration initiale et le C présente un évidement pour réduire les frottements.

Les roues sont percées avec un trou oblong débouchant pour loger l’arbre du schéma suivant :

Je me suis trompé pour les sections non circulaires car elles devraient être de la même épaisseur que la roue mais le principe est là. La section circulaire est utilisée pour la séparation précise. L’ensemble est ajusté glissant puisque les faces planes bloquent automatiquement la rotation.

Concernant les classes d'ajustement, elles sont le compromis entre des exigences de conception et les possibilités de fabrication. La précision requise pour un guidage en rotation (paliers) dépendant :
- Des limites de jeu maxi acceptable de l'ensemble mécanique (précision requise).
- Des limites de jeu mini acceptable compte tenu par exemple des conditions de lubrification, des dilatations différentielles etc.

Sans avoir une description plus complète de l'ensemble concerné, il est difficile de se prononcer entre un H8f7, et un H9e8 moins précis avec des jeux plus grands.

À ce niveau, je crois que le plus simple est que je donne mon schéma cinématique complet (voir ci-dessous). Chaque étage de l’engrenage a une couleur différente. On distingue six accouplements de roues dentées. Le système d’axes tubulaires est particulièrement délicat. Les roues dentées non accouplées sont fixées à leur arbre par un moyeu taraudé classique. Le nombre donné près des roues dentées correspond au nombre de dents. Elles sont toutes de module 1.

 

[philippe2]

Re, il a à peu près une douzaine d'arbres au moins, donc deux fois plus de paliers... Ce n'est pas insurmontable, mais il faudrait avoir au moins une notion de la source d'énergie pour faire tourner tout cela, et de l'autonomie requise.

De ce que je vois, il s'agit d'une belle "complication horlogère", sans tout comprendre. Avec pour ce type d'application une énergie modeste à la base.

J'essaye de te faire un croquis de ma proposition. Mais je ne suis pas horloger. Si ceux qui sont ici pouvaient prendre la main pour te donner leurs avis plus autorisés que le mien. Y compris les trucs et astuces de leur métier.



Bien cordialement,

 

[Zoxume]

il faudrait avoir au moins une notion de la source d'énergie pour faire tourner tout cela, et de l'autonomie requise.

L’ensemble est entraîné avec une manivelle par l’intermédiaire de la vis sans fin tout en bas.

 

[philippe2]

Re,

Je viens de comprendre qu'il s'agit d'un tellurion animé à la main.

Bien cordialement,

 

[philippe2]

Bonjour,

Je me suis battu avec victoire contre mon imprimante HP. Un croquis de mon idée, bien moins propre que les tiens. En espérant que ce soit à peu près clair.

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Bien cordialement,

Edit : je comprends que la construction d'un tel système pose éventuellement la question de sa maintenance (réparabilité... le terme n'est pas reconnu par mon correcteur d'orthographe mais connu dans le milieu automobile). Mon modeste avis là dessus :
- Il s'agit d'un démonstrateur à usage occasionnel puisque mû à la main.
- Des pignons laitons standards ne coutent pas si cher. Et compte tenu de l'usage tu n'es pas près de les user.
- Et donc mais ce n'est que mon avis oublier la contrainte de démontabilité (encore un terme non reconnu décidemment..) t'apporterait beaucoup de simplification de réalisation.

Re édit : je suis le seul à t'avoir répondu et mon avis est par nature discutable, j'aimerai bien que d'autres membres se prononcent.

 

[rabotnuc]

je ne suis qu'un modeste amateur, mais il me semble qu'il faut te rapprocher d'un montage "horloger" , comme celui proposé par Phil2 (aux portées des axes près). Les trous dans les platines faisant office de palier, le laiton me semblerait plus approprié que l'alu.
T'inspirer du montage d'un vieux réveil , par exemple, serait une solution. Les axes sont montés à force dans les roues dentées, l' assemblage des platines + pignons se fait par "couche" successives, (éventuellement en fractionnant les platines pour faciliter le positionnement) la démontabilité est donc assurée. Le point délicat restera la précision des perçages (positionnement et alignement) et des pivots.

 

[philippe2]

Re,

Et oui pour simplifier la fabrication, à mon très modeste avis. Pour les platines en alu, je me suis fait la même réflexion, pourquoi pas du laiton qui est un matériau assez performant pour des paliers, disponible en plaques et facilement usinable. D'autant que les pignons et roues sont en laiton, cela évitera tout problème de dilatation différentielle avec prise de jeu à chaud, comme dans les horloges d'antan.
Pour les paliers, j'ai répondu un peu au pied de la lettre compte-tenu des questions assez bordées. Il y a sûrement mieux, avec des guidages de type rubis pour rester dans l'horlogerie. On peut toujours récupérer de vieilles horloges mécaniques type Jazz pour trois francs six sous avec ce type de guidage. Et essayer d'adapter.

Mais franchement pour ce qui me semble un beau projet de tellurion, à usage occasionnel puisque mû à la main, je ne me mettrais pas de contraintes fortes de réparabilité. Celles-ci augmentant immédiatement la complexité pour une usure future hypothétique mais il ne s'agit que de compromis personnels du demandeur, que je respecte.

Bien cordialement,

 

[Zoxume]

Bien vu, c’est bien un planétaire ! Voici d’ailleurs la version actuelle :

C’est fait avec Solidworks 2016. Certaines choses ont légèrement changé depuis la dernière fois que j’y ai touché mais l’essentiel est là ; je n’ai pas dessiné toutes les roues dentées parce que c’est long. Les platines font 5 mm d’épaisseur sur l’image mais j’ai calculé que 3 mm suffisent largement. Je reviendrais à cette image plus bas.

Merci beaucoup pour le schéma. Il correspond à l’idée que je me faisait de la chose. C’est pas mal à ceci près que les arbres ne doivent absolument pas dépasser des platines et je pense qu’il faut tout de même ajouter un collet entre les deux roues dentées pour avoir un montage correct. Je vais me pencher très sérieusement sur cette solution et je vais me renseigner sur le prix des presses.

L’idée au départ était de faire des platines en laiton mais je trouve que l’ensemble est plus élégant avec des platines en aluminium. En ce qui concerne la dilatation différentielle, l’article dilatation thermique de Wikipédia donne des coefficients de dilatation de 23 × 10⁻⁶ K⁻¹ pour l’aluminium et 18,5 × 10⁻⁶ K⁻¹ pour le laiton (soit 20 % de moins). C’est assez proche et je me demande si cela posera véritablement problème. Le frottement des pièces est assez limité car, comme on peut le voir sur l’image ci-dessus, les platines sont étroites et les roues sont évidées (leurs dents seront chanfreinées).

Entre temps, j’ai eu une autre idée pour un accouplement démontable tout en résistant à un couple important. Voici une moitié de l’arbre :

C’est vrai que c’est bien plus complexe à fabriquer (il faut utiliser une fraiseuse après le tournage).

 

[philippe2]

Re,

Une petite vidéo de la construction du même système :

Utilisation d'ajustements cylindriques. de même que cela a été courant pour les vilebrequins composés type 2cv ou motos mono ou multicylindres avec là du vrai méchant couple cyclique.

Sinon pourquoi pas effectivement pour ton dernier dessin.

Bien cordialement,

 

[Zoxume]

Des pignons laitons standards ne coutent pas si cher.

Je voudrais revenir sur cette remarque car le prix du planétaire complet est quelque chose qui m’intéresse très fortement. Combien faut-il compter pour une roue dentée en laiton en fonction du nombre de dents ? À peu près, bien entendu.

Je me suis renseigné sur les presses manuelles (à crémaillère). Il faut compter environ 100 € pour une presse d’établi, ce qui conviendrait à mon utilisation. Je vais sans doute me laisser tenter et donc utiliser ta solution. C’est sans aucun doute la solution la plus pragmatique d’un point de vue conception et en prenant en compte mon souhait de me constituer un petit atelier à moyen terme.

Pour le frottement des roues sur les platines, je pourrais utiliser des rondelles en téflon. J’ai trouvé un document d’un coutelier amateur qui explique comment en fabriquer. On peut en avoir de très fines et le matériau est très utilisé les paliers. D’ailleurs, la vidéo que tu me présentes (je la connaissait déjà) montre l’utilisation de rondelles en téflon. En parlant de cette vidéo, on remarque que la personne possède des machines-outil Sherline, qui est une marque américaine qui fabrique tout en Californie et qui vend des ateliers complets pour moins de 6000 € (hors frais de port). Est-ce que ça en vaudrait la peine ? Voyant le résultat, c’est assez tentant.

En ce qui concerne les dilatations différentielles, j’ai fait des calculs plus rigoureux et le résultat est meilleur que ce que je pensais. Concrètement, pour deux barreaux identiques de longueur 10 cm, l’un en aluminium et l’un en laiton, lorsque leur température varie de ΔT = 100 K (en positif comme en négatif), la différence de longueur n’est que de 45 µm ; pour ΔT = 10 K, l’écart est de seulement 4,5 μm. Compte tenu du fait qu’un engrenage peut fonctionner si l’entraxe est légèrement plus grand que sa valeur nominale et que ce sont les platines qui vont se dilater le plus et pas les roues denté, que le planétaire n’est pas destiné à un usage aussi intensif qu’une montre, et que les dimensions sont bien plus grandes qu’en horlogerie, je crois qu’il est pertinent d’ignorer les dilatations différentielles.

En ce qui concerne l’alignement des perçages, j’ai réfléchi et je suis arrivé à la conclusions suivante. Premièrement, il faut coter la position des perçages à partir d’une position zéro (ici, le perçage pour l’axe principal) et non avec une chaîne de cotes. Ainsi, les tolérances ne s’ajoutent pas d’un perçage à l’autre. Deuxièmement, pour qu’un pivot fonctionne, il faut que l’axe puisse passer verticalement dans les deux perçages même dans le cas où les tolérances sont les pires, c’est-à-dire que le perçage a un diamètre égal au nominal (que ce soit en H7, H8 ou H9) et que l’arbre est le plus gros possible. Ainsi, la position des perçages doit avoir une tolérance égale à la moitié de l’écart supérieur de la tolérance de l’arbre. Voici un tableau récapitulatif pour différents ajustements et différents diamètres (les valeurs sont en micromètres) :

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Les valeurs calculées me paraissent assez faibles et je ne suis pas tout à fait sûr de la validité de mon calcul.

Voici un exemple de mise en plan avec des considérations :

 

[Jope004]

Bonjour,
Cela donne des tolérances sur les entraxes qui sont assez sévères.
N'y aurait-il pas la possibilité de percer les platines en une seule fois, au lieu d'une par une, en les fixant ensembles ? Ceci permettrait d'augmenter les tolérances à ce qui est juste nécessaire pour le bon engrènement des roues dentées.

 

[Zoxume]

Bonjour,
Cela donne des tolérances sur les entraxes qui sont assez sévères.
N'y aurait-il pas la possibilité de percer les platines en une seule fois, au lieu d'une par une, en les fixant ensembles ? Ceci permettrait d'augmenter les tolérances à ce qui est juste nécessaire pour le bon engrènement des roues dentées.

C’est une bonne idée mais ce n’est pas moi qui vais fabriquer les pièces. Comment peut-on indiquer ce genre de choses sur un mise en plan ?

 

[philippe2]

Re. Il s'agit de ce que l'on appelle un "contreperçage" pour la proposition de Jope004, les alésages fonctionnels, trains d'engrenages et fixations étant réalisés en même temps sur les deux pièces assemblées sur le moyen d'usinage. Cela dans le but de garder les alésages réalisés aussi concentriques que possible.

Concernant les tolérances d'entraxe des roues, cela dépend aussi de leur classe de réalisation. Trop serré cela risque de coincer, trop large de "gloglotter" ou de "berloquer" pour employer une expression de ma région d'adoption. Avec des risques de déplacement en saccade, ce qui est un défaut courant sur ce type de réalisation, et qui n'est pas très beau.

 

[Zoxume]

Il faut impérativement respecter les entraxes nominaux. L’engrenage est trop complexe pour avoir autre chose, notamment à cause des axes tubulaires qui ont la même position pour tous les étages. J’ai vu passer un document récemment qui indique que pour conserver l’entraxe nominal tout en permettant un bon engrènement, il faut faire un déport de denture. Reste à connaître le coefficient.

Je viens de voir dans le guide des sciences et technologies industrielles que je risque d’avoir des problèmes avec mes roues de douze et treize dents puisque les roues associées ont un nombre de dents trop important. J’envisage de passer toutes les roues au module 0,5.