Accessoires de montage des vérins pneumatiques - Leur fonctionnement

Accessoires de montage des vérins pneumatiques - Leur fonctionnement

Un vérin pneumatique est un dispositif mécanique qui crée un mouvement linéaire en convertissant l'énergie de l'air comprimé. Les vérins pneumatiques courants suivent des normes mondiales pour être interchangeables. Les deux normes les plus courantes sont la norme ISO 6432 pour les mini vérins ronds (Ø 8-25 mm) et la norme ISO 15552 pour les vérins profilés (Ø 32-320 mm). Les accessoires du vérin pneumatique servent à le monter ou à l'accoupler à une charge. Certains accessoires sont inclus dans les normes ISO 6432 et ISO 15552, ils peuvent donc être interchangés avec n'importe quelle marque. Cependant, ils peuvent être utilisés avec des vérins non-ISO si les spécifications de montage correspondent. Les accessoires de montage affectent les performances, la fiabilité et la conception générale du système. En fonction de la fonction prévue et des exigences du système, les accessoires de montage appropriés peuvent être sélectionnés.

Table des matières

Styles de montage des vérins pneumatiques

Les trois différents styles de montage des vérins principaux sont : le montage fixe sur l'axe, le montage fixe décalé et le montage fixe sur pivot. En fonction de la fonction requise du vérin pneumatique et de l'application, il est possible de choisir l'accessoire de montage approprié.

Montage fixe sur l'axe central

Les vérins à montage sur l'axe central sont fixés à une surface et absorbent la force le long de l'axe central du vérin, comme le montrent les exemples courants de la figure 1. Le montage sur l'axe central peut être utilisé dans les applications où la charge est poussée ou tirée selon une trajectoire linéaire. Ce style de montage permet de répartir uniformément les forces le long des boulons de montage et de minimiser les charges latérales pendant l'actionnement. Cela réduit les risques de désalignement et diminue les contraintes au niveau des paliers de piston et de tige pour éviter une défaillance prématurée. Les trois types de montage les plus courants sur l'axe central sont l'ergot, la bride et les tirants.

Styles courants de montage sur l'axe et leurs accessoires : pattes d'attache (1), bride (2 et 3) et tirants (4)

Figure 1 : Styles courants de montage sur l'axe et leurs accessoires : pattes d'attache (1), bride (2 et 3) et tirants (4)

Oreille de ligne centrale

Un exemple de montage d'une patte de fixation sur l'axe central peut être vu sur la figure 1 comme exemple 1. Les cylindres à fixation par patte centrale utilisent des pattes rectangulaires placées près du point médian de la culasse et du chapeau. Des boulons de montage sont utilisés pour fixer chaque languette à la surface de montage. Le positionnement des languettes au milieu de la tête et du chapeau permet au cylindre d'absorber la force le long de l'axe central du cylindre. L'avantage de ce système est la distribution uniforme des forces de poussée ou de tension le long de l'axe du cylindre. Cela rend les supports de pattes de l'axe central appropriés pour les applications de force en ligne droite. Cependant, l'utilisation sous choc ou haute pression nécessite des goujons pour fixer solidement le cylindre à la surface de montage. Des pattes mal fixées peuvent entraîner un désalignement dû à des forces de flexion ou de serrage inégales sur la surface de montage.

Bride :

Cylindre ISO 6432 avec une bride frontale

Figure 2 : Cylindre ISO 6432 avec une bride frontale

Le montage par bride d'un vérin pneumatique permet un bon transfert de force dans l'axe et un montage/démontage facile. Les brides peuvent être montées sur l'extrémité du chapeau (arrière) ou sur l'extrémité de la tige (avant) selon que la charge est soumise à une force de poussée ou de traction. Une bride à l'extrémité de la tige (tête) est utilisée pour les applications de traction tandis qu'une bride à l'extrémité du capuchon est utilisée pour les applications de poussée, mais les deux sont généralement utilisées pour un montage plus sûr.

Cylindre ISO 15552 avec une bride arrière

Figure 3 : Cylindre ISO 15552 avec une bride arrière

Les brides sont disponibles en version carrée ou rectangulaire pour une résistance et une rigidité accrues. Des trous de fixation sont également disponibles pour faciliter le montage et le démontage. Un inconvénient des vérins montés sur bride est leur faible tolérance au désalignement. Un mauvais alignement entraînera une charge latérale et une défaillance prématurée du cylindre. Des exemples de vérins montés sur bride sont visibles sur la figure 1 (exemples 2 et 3), la figure 2 pour un vérin ISO 6432 avec une bride avant, et la figure 3 pour un vérin ISO 15552 avec une bride arrière.

Tirants de vérins

Un exemple de vérin monté sur un tirant peut être vu sur la figure 1 comme exemple 4. Cet accessoire de montage permet de prolonger les tirants de chaque côté du vérin pour les fixer à une surface de montage. Les vérins montés sur tirants absorbent la force de poussée ou de tension le long de l'axe du vérin, ce qui permet d'absorber les charges sans soumettre les boulons de montage à une contrainte de cisaillement. Les vérins à tirants sont généralement conformes aux normes de la National Fluid Power Association (NFPA). L'avantage de suivre les normes NFPA est d'augmenter la modularité des pièces du cylindre telles que le bouchon, le baril, la tête et les tailles de tige. Cela permet un assemblage plus rapide et une plus grande interchangeabilité et disponibilité des composants. L'extrémité libre des vérins montés sur tirants doit être soutenue pour éviter tout désalignement de la flèche. L'inconvénient de cet accessoire de montage est qu'il est moins rigide que les vérins pneumatiques montés sur bride.

Montage fixe décalé

Le montage à décalage fixe est similaire au montage à axe fixe car il est fixé à une surface de montage et les forces sont absorbées le long de l'axe central du cylindre. Cependant, le cylindre est monté de manière décalée par rapport au centre, sur les côtés ou les pieds du cylindre. Cela permet un montage et un démontage plus faciles et peut être utilisé pour pousser et tirer une charge. Cependant, si le montage est décalé par rapport à la ligne de force, une charge latérale peut être créée. Par conséquent, le cylindre doit être goupillé ou claveté pour absorber la contrainte des charges de cisaillement et permettre aux boulons de montage de rester en simple tension. Le vérin est également plus enclin à se déplacer en cas de changement de charge. Il n'est donc pas conseillé d'utiliser un raccordement rigide de la plomberie en raison des fuites possibles. Les deux types de montage décalé les plus courants sont le montage latéral et le montage sur pied, comme le montre la figure 4.

Styles de montage décalé courants et leurs accessoires : montage latéral (1) et montage sur pied (2 et 3)

Figure 4 : Styles de montage décalé courants et leurs accessoires : montage latéral (1) et montage sur pied (2 et 3)

Montage latéral

Les vérins à montage latéral sont montés de manière rigide sur une surface et absorbent la force en s'éloignant de la ligne centrale du vérin (figure 4, exemple 1). Un cylindre aura des supports de montage des deux côtés pour fixer le cylindre à un assemblage. La surface de montage doit également être conçue pour supporter le couple induit par les boulons de montage et le cylindre pendant l'actionnement.

Support à pied

Les fixations sur pied peuvent être utilisées à l'avant et à l'arrière du vérin pour le montage, comme le montre la figure 4 (exemple 2 et 3) et la figure 5. Les cylindres à grand alésage et à faible course subissent une contrainte de cisaillement accrue sur les boulons de montage et peuvent causer des problèmes de désalignement s'ils ne sont pas correctement dimensionnés. Les vérins conformes aux normes ISO 6432 et ISO 15552 utilisent généralement un support de pied pour le montage du vérin.

Cylindre à pied

Figure 5 : Cylindre à pied

Support à pivot fixe

Les vérins à montage pivotant sont fixés à une surface et absorbent la force le long de l'axe central du vérin, comme le montrent les exemples courants de la figure 6. Le montage à pivot fixe permet de modifier l'alignement dans un seul plan. Les fixations à pivot sont utiles pour absorber un léger désalignement afin de protéger la tige du vérin des contraintes de flexion. Les supports à pivot sont souvent utilisés avec des accessoires tels que des embouts de tige qui fournissent également un point de pivot. Bien que les vérins à montage sur pivot offrent une liberté de rotation, si la tige n'est pas correctement guidée, la tige du piston sera soumise à des contraintes de flexion. Les deux types de montage de pivot les plus courants sont la chape et le tourillon. Les fixations à chape (figure 6, exemples 2 et 3) et à tourillon (figure 6, exemple 1) sont utilisées dans les vérins conformes aux normes ISO 6432 et ISO 15552.

Les styles de montage courants du pivot fixe et leurs accessoires : montage à tourillon (1) et montage à chape (2 et 3)

Figure 6 : Les styles de montage courants du pivot fixe et leurs accessoires : montage à tourillon (1) et montage à chape (2 et 3)

Les vérins à montage sur pivot fixe tournent pendant l'actionnement dans un plan et absorbent la force le long de la ligne centrale du vérin, comme le montre la figure 7. Cet accessoire de montage est nécessaire lorsque la charge se déplace selon une trajectoire non linéaire. Les applications de poussée et de traction conviennent à cet accessoire de montage. Toutefois, la poussée effective sera réduite en fonction de l'angle entre le levier qui se fixe sur le vérin et la direction de la poussée du vérin. La poussée effective (Fef) pendant l'actionnement peut être calculée avec la formule suivante :

Fef =FCYLINDER * sin(angle d'actionnement)

Le diamètre de la tige du piston doit être correctement dimensionné pour les applications de poussée avec une longue course. Ceci est nécessaire pour éviter le flambage de la tige lorsque le vérin est entièrement déployé et soumis à un couple plus important. Un moment de couple créé par une tige mal alignée est également connu sous le nom de charge latérale. La charge latérale est la cause la plus courante de la défaillance d'un cylindre. Il est également recommandé d'utiliser un guide pour éviter tout désalignement afin d'éviter que la tige ne se courbe.

Clevis

Les attaches à chape peuvent être montées directement sur l'extrémité du capuchon et sont montées par boulons sur le cylindre. En fonction du raccord sur lequel la chape sera montée, un raccord de type femelle ou mâle peut être utilisé. Les boulons qui fixent la chape au vérin sont conçus pour supporter les forces de cisaillement générées par les forces opposées lors de l'actionnement du vérin. Dans les applications où l'on s'attend à un léger désalignement, un roulement sphérique peut être utilisé pour soulager la tige.

Trunnion

Les fixations à tourillon peuvent être montées à l'extrémité du chapeau, à l'extrémité de la tige ou à une position intermédiaire, comme le montre la figure 7, du cylindre. Les fixations à tourillon comprennent des axes de rotation et sont fixées des deux côtés d'un cylindre. Les supports de tourillons sont fixés de manière rigide à une surface de montage et servent de point de rotation pour les axes de tourillons. La rotation autour d'un tourillon est similaire à celle d'une chape, mais elle ne peut être utilisée que pour des contraintes de cisaillement et non de flexion. Pour réduire les contraintes de flexion, il est recommandé d'ajuster étroitement le support de tourillon aux axes de tourillon.

Montage sur tourillon

Figure 7 : Montage sur tourillon

Accessoires pour embouts de vérins pneumatiques

Les accessoires de montage sur l'extrémité de la tige sont utilisés pour la coupler à une charge ou à une surface de montage. Les normes ISO 6432 et ISO 15552 définissent diverses dimensions d'accessoires de montage. En outre, les normes ISO 8139 et ISO 8140 spécifient les accessoires qui peuvent être utilisés avec les vérins conformes aux normes ISO 15552 et ISO 6432. Les accessoires conformes à la norme ISO sont faciles à installer et à remplacer car ils sont interchangeables avec n'importe quelle marque de vérin conforme à la norme ISO. Ces accessoires de montage peuvent également être utilisés avec des vérins non-ISO si les spécifications de montage correspondent.

ISO 8139 Oeil sphérique à bout de tige

Oeillet d'extrémité de tige

Figure 8 : Oeillet d'extrémité de tige

L'ISO 8139 définit les dimensions de montage d'un œil sphérique d'extrémité de tige pour les vérins pneumatiques, qui est utilisé comme fixation d'extrémité de tige pour la fixation de la charge. Les cosses sphériques d'extrémité de tige sont aussi communément appelées cosses d'extrémité de tige et utilisent des filetages femelles pour se fixer à une tige de piston à filetage mâle. Un axe et une pince (ou une chape) sont utilisés pour coupler une charge à l'œil de l'extrémité de la tige.

Les œillets à tige, comme le montre la figure 8, conviennent aux déplacements de charges linéaires (poussée ou traction) et non linéaires. Cet accessoire est généralement couplé à une chape femelle à l'aide d'un axe. Cela permet au corps du cylindre de tourner, tandis que la tige du piston applique une force à la charge. Si la force n'est pas appliquée le long de l'axe du cylindre en raison d'un désalignement, des forces indésirables peuvent s'exercer sur la tige de piston et les paliers. Ces accessoires peuvent compenser les problèmes de désalignement en s'inclinant avec le mouvement du cylindre.

ISO 8140 Chape d'extrémité de tige

Lanorme ISO 8140 définit les dimensions de montage des chapes d'extrémité de tige pour les vérins pneumatiques. Les attaches de chape à extrémité de tige sont aussi communément appelées fourches à extrémité de tige et sont illustrées à la figure 9. Les fourches à extrémité de tige utilisent des filetages femelles pour se fixer à une tige de piston à filetage mâle. Une charge est couplée à la chape d'attache par un axe de pivotement.

Les chapes d'extrémité de tige conviennent aux déplacements linéaires (poussée ou traction) et non linéaires de la charge. Une chape de fixation en bout de tige fournit un accouplement pour tourner autour et maintenir le transfert de force le long de la ligne centrale du cylindre pendant l'actionnement. Les fixations à œil sphérique peuvent être utilisées dans des applications où la charge est poussée ou tirée selon une trajectoire linéaire.

Fixation d'une chape femelle à l'extrémité d'une tige et d'une chape femelle à l'extrémité d'un capuchon pour le montage

Figure 9 : Fixation d'une chape femelle à l'extrémité d'une tige et d'une chape femelle à l'extrémité d'un capuchon pour le montage

Accessoires supplémentaires

Axe de pivotement

Un axe de pivotement est utilisé pour coupler les accessoires de type pivot et axe central avec un autre accessoire de montage ou un accouplement de charge.

Support de tourillon

Les supports de tourillons sont montés de manière rigide et fournissent un point de pivot pour les axes de tourillons. Le support servira de guide pour éviter tout désalignement et assurer une rotation régulière autour de l'axe du tourillon.

Support à œillet d'angle

Une équerre est couplée à une chape femelle montée sur le capuchon à l'aide d'un axe et permet au cylindre de tourner autour de sa surface de montage.

Joint flottant

Les accessoires du joint flottant sont couplés à la charge et vissés sur l'extrémité de la tige du vérin pneumatique. Ils permettent un décentrage ou une perte de précision du parallélisme entre le cylindre et le corps entraîné. En général, ils ont une plage d'angle de rotation et une spécification de déviation linéaire. Cela permet de réduire le temps et le coût d'installation car les autres composants (et l'installation) ne nécessitent pas de tolérances strictes. Ils sont compacts, simples et rigides, ce qui permet une utilisation répétitive des forces de compression et de tension.

Choisir les bons accessoires pour les vérins pneumatiques

L'objectif et la fonction du vérin pneumatique sélectionné pour une application donnée doivent être bien compris pour choisir correctement les accessoires de montage. Les avantages d'un montage correct des vérins sont l'augmentation de leurs performances, leur fiabilité et l'utilisation optimale de l'espace de montage. Les critères suivants influent sur le choix des accessoires de montage :

  • Déplacement de la charge : Le trajet que doit parcourir la charge déterminera si le vérin sera fixé à une surface de montage ou libre de tourner autour d'un point de pivot.
  • Force requise du cylindre : La force requise déterminera si le vérin fournira une force de poussée ou de traction sur la charge. Le choix des accessoires de montage appropriés pour la force requise est nécessaire pour le bon fonctionnement du vérin. Les composants tels que les boulons de montage ou la surface de montage peuvent se briser prématurément s'ils ne sont pas dimensionnés en fonction des accessoires de montage.
  • Structure et espace de montage : La structure sur laquelle est monté le vérin doit être capable de résister à la contrainte de cisaillement pendant l'actionnement. Les vérins à montage latéral exposent la surface de montage à une contrainte de cisaillement supplémentaire pendant l'actionnement.
  • Alignement de la charge : L'alignement du vérin par rapport à la charge sera essentiel pour éviter les charges latérales et l'usure excessive des composants du vérin. Le chargement du cylindre par l'axe central est idéal car il permet de répartir la force uniformément le long du cylindre. Si une fixation latérale est nécessaire, la surface de montage et le boulon doivent être correctement dimensionnés. Si un désalignement est possible, il faut prévoir une fixation qui compense le désalignement.
  • Longueur de la course : Les vérins à longue course doivent avoir un diamètre de tige de piston correctement dimensionné pour éviter le flambage de la tige. Guidez la charge lorsque cela est possible pour éviter tout désalignement.
  • Angle de pivotement : Les vérins montés sur pivot doivent tenir compte de l'angle d'actionnement par rapport à la charge, car la force effective sur la charge sera réduite en fonction de l'angle.
  • Environnement de fonctionnement : Les dimensions ou l'alignement des pièces de fixation ou des accessoires peuvent changer dans des conditions environnementales extrêmes telles que la température ou les vibrations. Pour éviter un désalignement ou une défaillance du cylindre, les conditions de fonctionnement doivent être prises en compte.