Tolérance d'ajustement (1)

Les arbres en acier sont fabriqués en respectant des normes de tolérance sur les diamètres, ceci dans le but de faciliter l'assemblage des éléments machines entre eux, sans devoir procéder à l'usinage de l'arbre (figure suivante).

Tolérance des arbres (1 pouce = 25,4 mm unité anglaise) :

Les valeurs de tolérance des arbres sont négatives, et exprimées en millièmes de pouce selon les normes ASA (American Standard Association) ou en millimètres.

Pour le concepteur ou le mécanicien, il suffit de déterminer le type d'assemblage à réaliser en respectant les tolérances qui sont demandées. Dans ce cas, ils doivent déterminer les limites de tolérance et les types d'ajustement à partir de la cote nominale.

Il est essentiel pour l'interchangeabilité des pièces que les limites et les ajustements soient désignés par des termes normalisés, que les cotes nominales soient choisies de manière à réduire les pertes de matériaux et les coûts en outillage, que les limites soient établies en fonction de jeux et de tolérances normalisées et, enfin, qu'un système de tolérances uniforme soit utilisé.

Ces principes ont été intégrés dans les normes de limites et d'ajustement américaines, britanniques, et dans l'ISO.

Rappelez-vous que la cote nominale d'une pièce correspond à la dimension théorique idéale à partir de laquelle les tolérances sont calculées.

Afin de permettre l'utilisation de l'outillage normal d'usinage, le diamètre minimal de l'alésage devrait toujours correspondre à sa cote nominale.

Le diamètre maximal de l'arbre devrait correspondre à la cote nominale chaque fois qu'il est possible d'utiliser les matières premières sans qu'il soit nécessaire d'usiner.

Dans un assemblage, la tolérance permise sur un arbre est l'écart permis entre la dimension maximale et la dimension minimale selon le type d'ajustement permis.

Exemple : 20 ± 0,002, la tolérance sera de 0,004 mm.

Ce type de tolérance s'appelle tolérance bilatérale.

Exemple :

, la tolérance sera de - 0,001.

Lorsque la valeur de tolérance se déplace dans une seule direction en + ou en -, la tolérance devient unilatérale.

De nombreux facteurs doivent être considérés dans le choix d'un type d'ajustement :

1. la longueur de l'assemblage,
2. la charge qu'il supporte,
3. la vitesse,
4. la lubrification,
5. la température,
6. l'humidité,
7. et les matériaux utilisés.

On peut aussi apporter des modifications afin de répondre à des conditions extrêmes avec un souci d'économie.

Note : Le choix d'un ajustement non recommandé peut se révéler nécessaire pour répondre aux exigences spécifiques d'une condition de fonctionnement.

Dans le but de vous faciliter la tâche lors du choix d'un ajustement dans le système américain, il est bon de faire un rappel de la définition des principaux termes utilisés et des calculs d'ajustements des arbres.

Voici les principaux termes selon les normes ANSI.

Définition des termes :

o Jeu : Différence prescrite entre les limites maximales de matériau des pièces devant être assemblées. Si le jeu minimal est positif, l'ajustement est dit avec jeu ; si le jeu maximal est négatif, l'ajustement est dit avec serrage.

o Tolérance : Écart permis par rapport à une cote donnée. La tolérance est égale à la différence entre les valeurs limites maximales et minimales.

o Cote nominale : Cote à partir de laquelle les limites, les jeux et les tolérances sont calculés.

o Cote de conception : Cote nominale à laquelle un jeu a été appliqué et à partir de laquelle on établit les valeurs limites au moyen d'une tolérance. Lorsqu'il n'y a pas de jeu, la cote de conception correspond à la cote nominale.

o Dimension réelle : Mesure d'une dimension sur une pièce.

o Cotes limites : Cote minimale et cote maximale d'une dimension donnée.

o Ajustement : Terme général désignant le degré de jeu ou de serrage résultant des jeux et des tolérances des pièces devant être assemblées.

o Ajustement réel : Degré de jeu ou de serrage existant entre deux pièces assemblées. Il existe trois grands types d'ajustements : avec jeu, avec serrage ou incertain.

o Ajustement avec jeu : Ajustement pour lequel les cotes limites sont telles qu'un jeu résulte toujours de l'assemblage des deux pièces.

o Ajustement avec serrage : Ajustement pour lequel les cotes limites sont telles qu'un serrage résulte toujours de l'assemblage des deux pièces.

o Ajustement incertain : Ajustement pour lequel les cotes limites sont telles qu'un jeu ou un serrage peuvent résulter de l'assemblage des deux pièces.

o Système de l'alésage normal : Système d'ajustement selon lequel la cote nominale correspond à la cote de conception de l'alésage. Si un jeu est prévu, il s'appliquera à l'arbre.

o Système de l'arbre normal : Système d'ajustement selon lequel la cote nominale correspond à la cote de conception de l'alésage. Si un jeu est prévu, il s'appliquera à l'alésage.

o Limite de tolérance : Écart positif ou négatif permis par rapport à la cote de conception.

o Tolérance unilatérale : Tolérance selon laquelle l'écart par rapport à la cote de conception n'est permis que dans une direction.

o Tolérance bilatérale : Tolérance selon laquelle l'écart par rapport à la cote de conception est permis dans les deux directions.

Choix de l'ajustement :

Avant de déterminer les cotes limites, il faut d'abord choisir le type d'ajustement en fonction de l'usage et du rendement attendus des pièces fabriquées.

Les cotes limites des pièces sont ensuite définies de manière à obtenir l'ajustement voulu.

En théorie, il est possible de choisir parmi une infinité d'ajustements, mais l'expérience a démontré que les ajustements énumérés dans les tableaux qui suivent peuvent répondre à la plupart des besoins.

Symbolisation des ajustements normalisés

Les ajustements normalisés sont désignés par des symboles qui facilitent la référence aux différents types d'ajustement.

Ces symboles ne sont pas destinés à paraître sur les dessins d'exécution, où l'on trouvera plutôt les cotes des différentes dimensions.

Les lettres suivantes sont utilisées pour symboliser les classes d'ajustements.

RC : Ajustement glissant ou tournant

LC : Ajustement d'emplacement avec jeu

LT : Ajustement d'emplacement incertain

LN : Ajustement d'emplacement avec serrage

FN : Ajustement bloqué ou serré à la presse

Ces lettres sont utilisées avec des chiffres représentant la classe de l'ajustement ; ainsi, le symbole FN4 désigne un ajustement serré de classe 4.

Chacun de ces symboles (comprenant deux lettres et un chiffre) désigne un ajustement spécifique pour lequel les tableaux qui suivent précisent les jeux minimal et maximal ainsi que les cotes limites des pièces.

Description des ajustements selon les normes américaines

Les différentes classes d'ajustements sont regroupées sous trois grandes catégories : les ajustements glissants ou tournants, les ajustements d'emplacement et les ajustements bloqués.

Ajustement glissant ou tournant (RC)

Ce type d'ajustement, pour lequel vous trouverez les jeux limites à la figure ci-dessous, permet de réaliser un assemblage de pièces mobiles avec un jeu suffisant pour la lubrification. On obtiendra le même type d'ajustement pour toutes les catégories de cotes nominales. Les jeux des deux premières classes, qui sont utilisées surtout pour des ajustements glissants, augmentent plus lentement par rapport au diamètre que ceux des autres classes. On obtient ainsi un emplacement plus précis, même si c'est aux dépens de la mobilité des pièces entre elles.

Définitions :

Les différentes classes d'ajustements glissants ou tournants sont les suivantes.

a) Ajustement glissant juste (RC1)

Il assure l'assemblage précis de pièces ne devant présenter aucun jeu perceptible.

b) Ajustement glissant (RC2)

Il assure un assemblage précis, mais avec un jeu plus important que celui de la classe RC1. Les pièces sont ajustées de manière à glisser et à tourner facilement, mais non librement. Lorsque leur diamètre est grand, les pièces peuvent gripper, advenant une augmentation de la température.

c) Ajustement tournant précis (RC3)

C'est l'ajustement le plus serré possible, mais permettant aux pièces de tourner librement. Par exemple, il est utilisé sur des machines de précision fonctionnant à basse vitesse et ayant peu de pression sur les coussinets. Il n'est pas recommandé pour l'assemblage de pièces soumises à d'importantes variations de température.

d) Ajustement tournant juste (RC4)

On l'utilise pour les machines de précision fonctionnant à vitesse moyenne et ayant une pression modérée sur les coussinets, ou lorsqu'on veut obtenir un assemblage précis avec un minimum de jeu.

e) Ajustement tournant (RC5, RC6)

Pour les vitesses plus élevées ou les pressions plus fortes sur les coussinets.

f) Ajustement tournant libre (RC7)

Cet ajustement est utilisé lorsque la précision n'est pas essentielle ou lorsque de fortes variations de température sont prévues.

g) Ajustement tournant lâche (RC8, RC9)

On l'utilise lorsque des tolérances commmerciales larges sont nécessaires, en conjonction avec un jeu sur la pièce externe.

Ajustements d'emplacement (LC, LT et LN)

Ces ajustements ont pour seule fonction de déterminer l'emplacement relatif des pièces devant être assemblées. Il peut s'agir d'un emplacement très précis, comme dans le cas d'un ajustement avec serrage, ou encore d'un emplacement relativement variable, comme dans le cas d'un ajustement avec jeu. Les ajustements d'emplacement sont de trois types : avec jeu (LC), incertain (LT) ou avec serrage (LN). En voici la description.

a) Ajustement d'emplacement avec jeu (LC)

Principalement utilisé pour les pièces normalement fixes, mais que l'on doit monter et démonter facilement. Ce type d'ajustement peut être utilisé pour les pièces exigeant un emplacement très précis, admettant un certain jeu pour les pièces comme les goujons. Il peut aussi être très lâche lorsque la facilité d'assemblage l'exige.

b) Ajustement d'emplacement incertain (LT)

C'est un compromis entre l'ajustement avec jeu et l'ajustement avec serrage. Il est utilisé lorsque l'emplacement doit être précis, mais qu'un certain jeu et un certain serrage peuvent être tolérés.

c) Ajustement d'emplacement avec serrage (LN)

Il est utilisé pour les pièces dont la précision de l'emplacement est primordiale, qui doivent être rigides et bien alignées et qui ne présentent aucune exigence en rapport avec la pression sur l'alésage. Cet ajustement n'est pas conçu pour assembler des pièces devant transmettre un mouvement de l'une à l'autre par serrage. Dans un tel cas, on choisira plutôt un ajustement bloqué.

Ajustements bloqués (FN)

Les ajustements bloqués ou serrés sont des ajustements avec serrage qui permettent de maintenir une pression constante sur l'alésage pour toutes les catégories de cotes nominales. Le degré de serrage est donc presque proportionnel au diamètre, et la différence entre les cotes maximale et minimale est faible de manière à maintenir la pression sous certaines limites.

Les différentes classes d'ajustements bloqués ou serrés sont les suivantes.

a) Ajustement légèrement dur (FN1)

Utilisé pour les assemblages dont la pression doit être faible et qui sont plus ou moins permanents. Recommandé pour les assemblages minces et longs ou pour l'assemblage de pièces externes en fonte.

b) Ajustement dur (FN2)

On s'en sert pour l'assemblage de pièces en acier normal ou pour l'ajustement de faibles sections serrées à la presse. Il s'agit de l'ajustement le plus serré réalisable avec des pièces externes en fonte de première qualité.

c) Ajustement bloqué (FN3)

Utilisé pour l'assemblage de pièces en acier plus résistant ou pour l'ajustement de sections moyennes serrées à la presse.

d) Ajustement serré à la presse (FN4, FN5)

On l'utilise pour l'assemblage de pièces très résistantes.

Représentation graphique des limites et des ajustements

Les tableaux des pages suivantes vous permettent de visualiser les correspondances entre les tolérances de l'arbre et de l'alésage ainsi que les jeux ou les serrages des différents types d'ajustements. Les graphiques sont faits à l'échelle en fonction d'un diamètre nominal de 1 pouce.

Représentation graphique des limites d'ajustements :