Les Vérins

 

Introduction

Les vérins sont par exemples les actionneurs des portes. C'est grâce à ce matériel que les portes des autobus s'ouvrent. Ils peuvent être pneumatiques ou hydrauliques ( air ou huile ). Lorsque c'est pneumatique, dans un autobus, on peut très bien faire la distinction : pneumatique si l'on distingue un bruit de "décompression". L'hydraulique est insonore.

 

Principe de fonctionnement

Un vérin est constitué d'un cylindre et d'un piston. Le piston coulisse dans le cylindre et forme une cloison étanche ( figure 7 ). Quand le fluide sous pression ( air ou huile ) arrive dans la chambre formée par le cylindre et le piston, l'action de la pression s'exerce sur toutes les faces de la chambre.

Une des faces du piston subit l'action du fluide sous pression, tandis que l'autre face subit l'action du fluide à la pression atmosphérique. Ce deuxième fluide sort librement. La force due au fluide comprimé est plus grande que la force due à la pression de l'air ambiant. Le piston se déplace donc jusqu'à ce que sa tige subisse une force suffisante pour arrêter son mouvement.

 

Relation force pression surface

La force F que peut fournir un vérin est fonction de la pression p du fluide sous pression et de la surface S du piston ( figure 8 ), donc du diamètre du cylindre D. Le diamètre de la tige d est aussi nécessaire quand le vérin agit en tirant ( figure 9 ).

La relation entre force, pression et surface est : F=p*S

F : la force s'exprime en Newtons ( N ).

p : la pression en Pascals ( Pa ). Un Pascal est la pression exercée par une force de un Newton répartie sur une surface de un mètre carré. 10*5 Pa = 1 Bar

S : la surface en mètres carré ( m² ).

Ce calcul de la force du vérin ne tient pas compte des forces de frottement entre cylindre et piston. La force du vérin est donc légèrement surestimée.

Le calcul :

- Quand le vérin pousse la tige :

F = p*pi*( D² / 4 )

- Quand le vérin tire la tige :

F = p*pi*(( D² - d² ) / 4 )

 

Vérin simple effet

Un vérin est dit simple effet ( figure 10 ) quand l'un des mouvements est obtenu grâce au fluide sous pression, tandis que l'autre est obtenu grâce à l'effet d'un ressort de rappel. Ce ressort produit le mouvement de retour à la position initiale quand le fluide est à nouveau à la pression atmosphérique. L'effort produit par ce ressort est donc faible devant l'effort produit par l'action du fluide comprimé, pour ne pas diminuer l'effort disponible au niveau de la tige. En bref, un vérin simple effet ne produit donc un effort important que dans un seul sens de déplacement.

 

Vérin double effet

Un vérin est dit double effet ( figure 10 ) quand le fluide comprimé permet de sortir la tige et de la rentrer. On l'utilise quand on a besoin d'un effort important dans les deux sens de déplacement.

 

Course d'un vérin

La course d'un vérin est la distance que peut parcourir la tige entre ses positions extrêmes.

C'est le piston, en butée d'un côté ou de l'autre du cylindre qui définit ces positions extrêmes ( fig 12 ).

 

Amortissement en fin de course

Pour éviter les chocs du piston au fond du cylindre, en fin de course, il existe deux types de solutions : soit le piston est équipé sur ses deux faces d'une pièce en élastomère ( matière plastique ). C'est l'amortissement élastique ; soit le piston est équipé de chaque côté d'une portion de diamètre réduit qui impose la sortie du fluide par un petit trou qui "freine" le fluide expulsé, donc le piston ( fig 13 ). C'est l'amortissement par le fluide ( amortissement pneumatique pour de l'air comprimé ).

 

Modélisation 3D - Vérin pneumatique

Sortie de tige     Rentrée de tige