Comprendre les types d'ajustement en génie mécanique : jeu, serrage et transition

Dans cet article, nous allons discuter des ajustements (fits), des types d'ajustements et leurs sous-types, la classification des ajustements selon le système Newall, et comment nommer les différents types d'ajustement en génie mécanique.

Qu'est-ce qu'un ajustement (fit) ?

La relation entre deux pièces où l'une est insérée dans l'autre avec un certain degré de serrage ou de jeu est appelée ajustement.

Les produits manufacturés sont parfois livrés sous forme de composants qui doivent glisser ou se presser l'un contre l'autre pour fonctionner. Le terme « fit » décrit les relations dimensionnelles entre composants. Il détermine si les composants sont libres ou serrés, ce qui aide à la propriété de glissement ou de pression. Comprendre un ajustement implique de connaître quelques termes définis ci-dessous.

Types d'ajustements

Selon les limites réelles de l'alésage ou de l'arbre, les types d'ajustements dans les normes indienne et britannique se divisent en trois classes principales (Fig. 15.4) :

1. Ajustements au jeu (Clearance Fits)
2. Ajustements au serrage (Interference Fits)
3. Ajustements de transition (Transition Fits)

1. Ajustements au jeu (Clearance Fits)

Dans un ajustement au jeu, il y a un jeu positif entre le plus grand arbre possible et le plus petit alésage possible. Le jeu minimum est supérieur à zéro. Ces ajustements donnent des assemblages libres : il doit y avoir un certain degré de liberté entre un arbre et un alésage.

Qu'est-ce qu'une zone de tolérance ?

Supposons qu'on doive faire un écrou de 10 mm pour un boulon de 10 mm. À cause des erreurs humaines et d'usinage, le diamètre intérieur devient 9,98 mm → l'écrou ne rentre pas sur le boulon, l'assemblage est ruiné. Pour éviter cela, on utilise des zones de tolérance.

On définit une zone de tolérance où les tolérances de l'écrou et du boulon sont légèrement ajustées pour qu'ils s'emboîtent et maintiennent l'interchangeabilité.

Pour l'ajustement au jeu : il y a un grand espace entre la zone de tolérance de l'alésage et celle de l'arbre. On l'appelle ajustement au jeu si l'alésage est plus grand que l'arbre et permet aux deux pièces de tourner ou glisser l'une sur l'autre.

En ajustement au jeu, la taille minimale de l'alésage est toujours supérieure à la taille maximale de l'arbre. À l'assemblage, on obtient un jeu permettant à l'arbre de glisser et tourner facilement dans l'alésage. On peut ainsi réaliser facilement des ajustements coulissants et courants. Exemple : piston et soupape.

Types d'ajustements au jeu

Les ajustements au jeu se subdivisent en :

1. Ajustement coulissant (Slide fit).
2. Ajustement coulissant facile (Easy slide fit).
3. Ajustement courant (Running fit).
4. Ajustement de course large (Slack running fit).
5. Ajustement de course libre (Loose running fit).

1. Ajustement coulissant (Sliding Fit)

Très faible jeu entre les deux pièces, presque nul, mais offre une précision et exactitude bien supérieures pour le glissement et le mouvement. Exemples : engrenages coulissants, assemblages automobiles, soupapes coulissantes, disques d'embrayage, pièces de machines-outils, broche de poupée mobile de tour, guidage d'arbre, etc.

2. Ajustement coulissant facile (Easy Slide)

Pour un petit jeu entre alésage et arbre. Utilisé pour mouvements non réguliers et lents réguliers. Exemple : piston.

3. Ajustement courant (Running Fit)

Pour composants tournants à vitesse modérée où la précision n'est pas requise. Grand jeu, variations de température importantes, vitesses élevées, fortes pressions sur paliers. Exemples : engrenages, accouplements.

4. Ajustement de course large (Slack Running Fit)

Jeu très proche et minimal pour exigences précises, avec lubrification les pièces s'assemblent sans effort et tournent/glissent librement. Exemples : guidage d'arbres, guides à rouleaux.

5. Ajustement de course libre (Loose Running Fit)

Pour pièces tournant à haute vitesse avec grand jeu quand la précision n'est pas critique. Exemples : loquets, pivots, pièces affectées par chaleur, corrosion, contamination.

2. Ajustements au serrage (Interference Fits)

En ajustement au serrage, la zone de tolérance de l'arbre dépasse celle de l'alésage. L'arbre est plus gros que l'alésage. Il faut beaucoup de force pour assembler/désassembler (marteau, presse hydraulique).

Il y a un jeu négatif (serrage) entre le plus grand alésage et le plus petit arbre, l'arbre étant plus grand que l'alésage.

Types d'ajustements au serrage

Classés en : (1) ajustement forcé, (2) ajustement serré, (3) ajustement par entraînement.

1. Ajustement forcé (Force Fit)

Pour obtenir un serrage élevé, la pièce doit être chauffée à très haute température avant assemblage. Force externe requise. Exemples : engrenages, arbres.

2. Ajustement serré (Tight Fit)

Serrage minimal comparé aux ajustements forcés. Exemples : poulie à gradins de convoyeur, rectification cylindrique de machine.

3. Ajustement par entraînement (Driving Fit)

Serrage moyen, assemblable par forces plus élevées pour forgeage à chaud ou à froid. Plus fiable qu'ajustement serré. Exemples : arbres, engrenages, bagues.

3. Ajustements de transition (Transition Fits)

Les ajustements de transition couvrent les cas entre les deux premières classes (Fig. 15.4). Ils ne garantissent ni serrage ni jeu : une paire de pièces avec un ajustement de transition peut avoir un serrage, une autre paire avec le même ajustement peut avoir un jeu.

En ajustement de transition, la zone de tolérance de l'arbre se situe entre la limite inférieure et le milieu de la zone de tolérance de l'alésage, indiquant que l'alésage est plus petit que l'arbre. Pour réaliser cet ajustement, on doit exercer une légère pression sur l'arbre pour l'insérer dans l'alésage. On l'appelle aussi ajustement par poussée (Push Fit). Haute précision et alignement précis entre les deux pièces. Exemple : clavette d'arbre.

Types d'ajustements de transition

Classés en : (1) ajustement forcé, (2) ajustement serré, (3) ajustement par frettage (wringing fit), (4) ajustement par poussée (push fit).

Classification des ajustements selon le système Newall

Les quatre types d'ajustement selon le système Newall :

1. Ajustement courant (Running Fit)

Ajustement lisse, facile pour un palier mobile. Pour un ajustement coulissant/courant, le diamètre de l'arbre doit être suffisamment plus petit pour permettre un film d'huile. Pour une longueur moyenne de palier, un jeu de 0,025 mm par 25 mm de diamètre de palier suffit.

2. Ajustement par poussée (Push Fit)

Assemblage par légère pression manuelle (goupilles de positionnement, etc.), sans jeu suffisant pour permettre la rotation de l'arbre.

3. Ajustement par entraînement ou pression (Driving or Press Fit)

Assemblage par marteau manuel ou pression moyenne. Ajustement semi-permanent nécessaire pour poulie à clavette sur arbre.

4. Ajustement forcé ou par retrait (Force Fit or Shrink Fit)

Nécessite soit une grande pression pour forcer l'arbre dans l'alésage, soit dilatation de l'alésage par chauffage pour le rétracter sur l'arbre. Aussi appelé ajustement à chaud (hot fit). Utilisé quand les deux pièces doivent être rigidement fixées ensemble. L'arbre est définitivement plus grand que l'alésage. Roues de wagons ferroviaires/tramways et chars sont montées ainsi.

Systèmes alésage de base et arbre de base

Dans un système de tolérances général, il faut décider sur quelle base trouver les limites pour obtenir l'ajustement désiré. Deux systèmes distincts pour varier les dimensions : alésage de base (hole basis) et arbre de base (shaft basis).

Un système est sur base alésage quand l'alésage est l'élément constant et les différents ajustements s'obtiennent en variant la taille de l'arbre. Dans ce système, les limites haute et basse sont constantes pour tous types d'ajustements du même grade de précision et même dimension de base.

Un système est sur base arbre quand l'arbre est l'élément constant et les ajustements s'obtiennent en variant la taille de l'alésage. Les limites haute et basse sont constantes pour tous ajustements de même précision/grade et même dimension de base. Les deux systèmes sont illustrés Fig. 15.5.

Tous les systèmes de tolérances modernes utilisent la base alésage, car il est plus facile de varier la taille de l'arbre que celle de l'alésage. La majorité des alésages sont produits par foret et aléseuse ou outil similaire ; varier leur taille nécessiterait un très grand nombre d'outils de tailles variables. Avec la base alésage, un seul aléseur suffit pour tous les alésages d'un diamètre donné. Cependant, dans certains cas, le système arbre de base s'avère plus avantageux.

Ajustements, jeux, serrages et interférences

Pour deux surfaces/pièces en contact, celle qui pénètre dans l'autre est la surface enveloppée ou pièce mâle, l'autre est la surface enveloppante ou pièce femelle. La surface enveloppée d'une pièce cylindrique est considérée comme un arbre, l'enveloppante comme un alésage. Dimensions correspondantes : diamètre d'arbre et diamètre d'alésage. Pour une clavette et sa rainure, la clavette = arbre, la rainure = alésage.

Ajustements (Fits)

Relation entre deux pièces où l'une s'insère dans l'autre avec un certain degré de serrage ou de jeu. Selon comment les pièces s'emboîtent, les ajustements offrent différents degrés de liberté de mouvement.

Jeux (Allowances)

Différence intentionnelle entre la cote d'alésage et la cote d'arbre pour tout type d'ajustement = jeu (allowance) (Fig. 15.4). Si on soustrait la taille minimale de l'arbre de la plus grande taille d'alésage, on obtient le jeu maximum ; le jeu minimum est la différence entre le plus grand arbre et le plus petit alésage.

Un jeu peut être positif (+) ou négatif (-) selon l'ajustement requis. Si l'arbre est plus petit que l'alésage → jeu positif. Si l'arbre est plus grand → jeu négatif.

Dégagements (Clearances)

Différence positive entre les diamètres de l'alésage et de l'arbre, l'alésage étant plus grand, permettant le mouvement relatif = dégagement (clearance) (Fig. 15.4).

La différence positive entre la limite max de l'alésage et la limite min de l'arbre = dégagement maximum. La différence positive entre la limite min de l'alésage et la taille max de l'arbre = dégagement minimum. Le dégagement moyen = moyenne arithmétique du max et min.

Serrages (Interferences)

Différence négative entre les diamètres, l'arbre étant plus grand que l'alésage = serrage (interference) (Fig. 15.4).

Le serrage maximum = différence négative entre la limite max de l'arbre et la limite min de l'alésage. Le serrage minimum = différence négative entre la limite min de l'arbre et la limite max de l'alésage. Le serrage moyen = moyenne arithmétique du max et min.

Comment nommer les différents types d'ajustement en génie mécanique

Comprendre la nomenclature est crucial pour sélectionner le bon ajustement pour l'assemblage d'un produit.

Un code alphanumérique, selon l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), nomme un ajustement spécifique et dénote sa tolérance. La lettre représente l'alésage ou l'arbre.

Une majuscule = alésage ; une minuscule = arbre. Exemple : H7/h6 = plage de tolérance pour l'alésage (H7) et l'arbre (h6). Ce code permet aux ingénieurs d'identifier les limites supérieures et inférieures de l'alésage et de l'arbre.

Nous avons couvert tous les détails depuis la définition des ajustements, les différents types, la convention de nommage et tous les termes associés. J'espère que cet article vous a plu. Partagez-le et donnez votre avis en commentaire.