Contrecoup (ingénierie)

En génie mécanique , le jeu , parfois appelé jeu mécanique , est un jeu ou un mouvement perdu dans un mécanisme causé par des écarts entre les pièces. Il peut être défini comme « la distance ou l'angle maximal à travers lequel une partie d'un système mécanique peut être déplacée dans une direction sans appliquer une force ou un mouvement appréciable à la partie suivante dans la séquence mécanique ». ^{p. 1-8} Un exemple, dans le contexte des engrenages et des trains d'engrenages , est la quantité de jeu entre les dents d'engrenage accouplées. On peut l'observer lorsque le sens du mouvement est inversé et que le jeu ou le mouvement perdu est rattrapé avant que l'inversion du mouvement ne soit complète. On peut l'entendre depuis les accouplements ferroviaires lorsqu'un train change de direction. Un autre exemple est celui d'un train de soupapes avec poussoirs mécaniques , où une certaine plage de jeu est nécessaire pour que les soupapes fonctionnent correctement.

Selon l'application, le jeu peut être souhaitable ou non. Un certain degré de jeu est inévitable dans presque tous les accouplements mécaniques inverseurs, bien que ses effets puissent être annulés ou compensés. Dans de nombreuses applications, l'idéal théorique serait un jeu nul, mais dans la pratique, un certain jeu doit être autorisé pour éviter le blocage. Les raisons pour lesquelles il faut spécifier une exigence de jeu comprennent la prise en compte de la lubrification , des erreurs de fabrication, de la déflexion sous charge et de la dilatation thermique . L'usure est l'une des principales causes de jeu indésirable .

Les facteurs qui influent sur la quantité de jeu nécessaire dans un train d'engrenages comprennent les erreurs de profil, de pas, d'épaisseur des dents, d'angle d'hélice et d'entraxe, ainsi que le faux-rond . Plus la précision est élevée, plus le jeu nécessaire est faible. Le jeu est le plus souvent créé en creusant les dents plus profondément dans les engrenages que la profondeur idéale. Une autre façon d'introduire du jeu consiste à augmenter les entraxes entre les engrenages.

Le jeu dû aux changements d'épaisseur des dents est généralement mesuré le long du cercle primitif et est défini par :

où:

Le jeu, mesuré sur le cercle primitif, dû aux modifications du centre de fonctionnement est défini par : La vitesse de la machine. Le matériau de la machine

où:

La pratique courante consiste à tenir compte de la moitié du jeu dans l'épaisseur des dents de chaque engrenage. Cependant, si le pignon (le plus petit des deux engrenages) est nettement plus petit que l'engrenage avec lequel il s'engrène, il est courant de tenir compte de la totalité du jeu dans l'engrenage le plus grand. Cela permet de maintenir autant de résistance que possible dans les dents du pignon. La quantité de matière supplémentaire retirée lors de la fabrication des engrenages dépend de l'angle de pression des dents. Pour un angle de pression de 14,5°, la distance supplémentaire sur laquelle l'outil de coupe est déplacé est égale à la quantité de jeu souhaitée. Pour un angle de pression de 20°, la distance est égale à 0,73 fois la quantité de jeu souhaitée.

En règle générale, le jeu moyen est défini comme 0,04 divisé par le pas diamétral ; le minimum étant 0,03 divisé par le pas diamétral et le maximum 0,05 divisé par le pas diamétral . En métrique, vous pouvez simplement multiplier les valeurs par le module :

Dans un train d'engrenages , le jeu est cumulatif. Lorsqu'un train d'engrenages est inversé, l'engrenage menant est tourné sur une courte distance, égale au total de tous les jeux, avant que l'engrenage mené final ne commence à tourner. À faible puissance de sortie, le jeu entraîne un calcul inexact à partir des petites erreurs introduites à chaque changement de direction ; à grande puissance de sortie, le jeu envoie des chocs dans tout le système et peut endommager les dents et d'autres composants.

Dans certaines applications, le jeu est une caractéristique indésirable et doit être minimisé.

Le meilleur exemple ici est un cadran de syntoniseur de radio analogique sur lequel on peut effectuer des mouvements de réglage précis en avant et en arrière. Des conceptions d'engrenages spécialisées permettent cela. L'une des conceptions les plus courantes divise l'engrenage en deux, chacun ayant la moitié de l'épaisseur de l'original.

La moitié de l'engrenage est fixée à son arbre tandis que l'autre moitié peut tourner sur l'arbre, mais préchargée en rotation par de petits ressorts hélicoïdaux qui font tourner l'engrenage libre par rapport à l'engrenage fixe. De cette manière, la compression du ressort fait tourner l'engrenage libre jusqu'à ce que tout le jeu du système soit éliminé ; les dents de l'engrenage fixe appuient contre un côté des dents du pignon tandis que les dents de l'engrenage libre appuient contre l'autre côté des dents du pignon. Les charges inférieures à la force des ressorts ne compriment pas les ressorts et comme il n'y a pas d'espace entre les dents à rattraper, le jeu est éliminé.

Un autre domaine où le jeu est important est celui des vis-mères . Là encore, comme dans l'exemple du train d'engrenages, le coupable est la perte de mouvement lors de l'inversion d'un mécanisme censé transmettre le mouvement avec précision. Au lieu des dents d'engrenage, le contexte est celui des filetages de vis . Les axes coulissants linéaires (glissières de machine) des machines-outils sont un exemple d'application.

La plupart des glissières de machines, depuis de nombreuses décennies et encore aujourd'hui, sont constituées de surfaces de roulement linéaires simples (mais précises) en fonte , telles qu'une glissière à queue d'aronde ou à boîte, avec un entraînement à vis sans fin Acme . Avec un simple écrou, un certain jeu est inévitable. Sur les machines-outils manuelles (non CNC ), le moyen utilisé par un machiniste pour compenser le jeu est d'approcher toutes les positions précises en utilisant la même direction de déplacement, c'est-à-dire que s'il a tourné vers la gauche et qu'il veut ensuite se déplacer vers un point situé à droite, il le dépassera vers la droite , puis reviendra vers la gauche ; les configurations, les approches d'outils et les parcours d'outils doivent dans ce cas être conçus dans le cadre de cette contrainte.

La méthode suivante, plus complexe que l'écrou simple, est un écrou fendu , dont les moitiés peuvent être ajustées et bloquées avec des vis, de sorte que les deux côtés se déplacent respectivement contre le filetage à gauche et l'autre côté se déplace vers la droite. Notez l'analogie ici avec l'exemple du cadran radio utilisant des engrenages fendus, où les moitiés fendues sont poussées dans des directions opposées. Contrairement à l'exemple du cadran radio, l'idée de la tension du ressort n'est pas utile ici, car les machines-outils effectuant une coupe exercent trop de force contre la vis. Tout ressort suffisamment léger pour permettre un mouvement de coulissement permettrait au mieux un broutage de la fraise et au pire un mouvement de coulissement. Ces conceptions d'écrou fendu ajusté par vis sur une vis-mère Acme ne peuvent pas éliminer tout jeu sur une glissière de machine à moins qu'elles ne soient réglées si serrées que le déplacement commence à se bloquer. Par conséquent, cette idée ne peut pas totalement éliminer le concept d'approche toujours dans la même direction ; Néanmoins, le jeu peut être maintenu à une petite quantité (1 ou 2 millièmes de pouce ou), ce qui est plus pratique, et dans certains travaux non précis est suffisant pour permettre de « ignorer » le jeu, c'est-à-dire de concevoir comme s'il n'y en avait pas. Les CNC peuvent être programmées pour utiliser le concept d'approche toujours dans la même direction, mais ce n'est pas la manière normale dont elles sont utilisées aujourd'hui , car les écrous fendus anti-jeu hydrauliques et les nouvelles formes de vis-mère que Acme/trapézoïdale - telles que les vis à billes à recirculation - éliminent efficacement le jeu. L'axe peut se déplacer dans les deux sens sans le mouvement de dépassement et de retour.

Les CNC les plus simples, comme les micro-tours ou les conversions manuelles en CNC, qui utilisent des entraînements à écrou et à vis Acme, peuvent être programmées pour corriger le jeu total sur chaque axe, de sorte que le système de contrôle de la machine se déplace automatiquement sur la distance supplémentaire nécessaire pour rattraper le jeu lorsqu'il change de direction. Cette « compensation du jeu » programmatique est une solution bon marché, mais les CNC de qualité professionnelle utilisent les entraînements éliminant le jeu plus coûteux mentionnés ci-dessus. Cela leur permet de réaliser des contours 3D avec une fraise à bout sphérique, par exemple, où la fraise se déplace dans de nombreuses directions avec une rigidité constante et sans délai.

Dans les ordinateurs mécaniques, une solution plus complexe est requise, à savoir une boîte de vitesses à jeu avant. Cela fonctionne en tournant légèrement plus vite lorsque la direction est inversée pour « utiliser » le jeu de l'engrenage.

Certains contrôleurs de mouvement incluent une compensation du jeu. La compensation peut être obtenue en ajoutant simplement un mouvement de compensation supplémentaire (comme décrit précédemment) ou en détectant la position de la charge dans un schéma de contrôle en boucle fermée . La réponse dynamique du jeu lui-même, essentiellement un retard, rend la boucle de position moins stable et donc plus sujette aux oscillations .

Le jeu minimal est calculé comme le jeu transversal minimal au niveau du cercle primitif de fonctionnement admissible lorsque les dents de l'engrenage ayant la plus grande épaisseur de dent fonctionnelle admissible sont en prise avec les dents du pignon ayant leur plus grande épaisseur de dent fonctionnelle admissible, à la plus petite distance centrale admissible, dans des conditions statiques.

La variation du jeu est définie comme la différence entre le jeu maximal et minimal se produisant au cours d'un tour complet du plus grand des engrenages d'une paire d'engrenages appariés.

Le jeu dans les accouplements à engrenages permet un léger désalignement angulaire. Il peut y avoir un jeu important dans les transmissions non synchronisées en raison de l'espace intentionnel entre les crabots dans les embrayages à crabots . L'espace est nécessaire pour engager les crabots lorsque la vitesse de l'arbre d'entrée (moteur) et la vitesse de l'arbre de sortie (arbre de transmission) sont imparfaitement synchronisées. S'il y avait un jeu plus petit, il serait presque impossible d'engager les vitesses car les crabots interféreraient les uns avec les autres dans la plupart des configurations. Dans les transmissions synchronisées, la synchronisation résout ce problème.

Cependant, le jeu est indésirable dans les applications de positionnement de précision telles que les tables de machines-outils. Il peut être minimisé en choisissant des vis à billes ou des vis-mères avec des écrous préchargés et en les montant dans des roulements préchargés. Un roulement préchargé utilise un ressort et/ou un deuxième roulement pour fournir une force axiale de compression qui maintient les surfaces de roulement en contact malgré l'inversion du sens de la charge.