Cycle 2: Concevoir, étudier et réaliser des architectures

et solutions technologiques

Chapitre 3 – Architecture de la liaison glissière

Quelles solution utilisent les industriels pour réaliser des

Guidages en translation ?

Nous allons voir dans ce chapitre les différentes solutions,

Les contraintes de conception et de fabrication. Nous allons
apprendre à valider une solution par le dimensionnement
(efforts, pressions de contact, rendement…)

Quels sont les principales architectures pour un guidage en translation ? Comment dimensionner
un guidage en translation (répartition des efforts, pression de contact, rendement …) ?

E. Concevoir:
- Proposer une architecture fonctionnelle et structurelle d’un liaison glissière
- Connaître les différentes technologies de guidage en translation (à sec, glissement, roulement)
- Choisir et justifier une solution d’architecture
- Dimensionner une architecture (efforts, pression de contact, rendement…)

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Architecture de la liaison glissière

1. Approche cinématique

Dans le cadre d’une approche cinématique, une liaison glissière entre 2 solides S1 et S2
désigne une liaison qui ne permet qu’un seul mouvement relatif de translation
rectiligne entre ces 2 solides. Pour nommer S1 et S2, les termes de coulisseau (pièce
mobile) et de guide (pièce fixe) sont couramment utilisés.

Le mouvement relatif entre S1 et S2 peut s’écrire sous la forme du torseur cinématique suivant :

Le torseur statique s’écrit lui :

2. Approche fonctionnelle

Le guidage en translation doit réaliser, en phase d’utilisation, 2 fonctions définies par des critères :

Guidage en translation

FT1 : Assurer un mouvement relatif FT2 : Transmettre et supporter les efforts

de translation rectiligne

- Efforts transmissibles statiques

- Précision du guidage - Efforts transmissibles dynamiques
- Vitesse de déplacement - Durée de vie
- Rendement

Dans la réalité, pour assurer la fonction FT2 : transmettre et supporter les efforts, il est impossible d’utiliser des contacts
ponctuels ou linéiques. En effet, pour limiter les pressions de contact et donc l’usure, il faut préserver des surfaces
d’appui suffisantes. On conçoit ainsi des plans de superficie réduite.

3. Technologie des liaisons glissières

Les 2 fonctions ci-dessus peuvent être réalisées soit à l’aide d’une seule liaison répondant à tous les critères, soit grâce à
une autre solution technologique, consistant à mettre en parallèle différentes liaisons formant ensemble une glissière :
2 linéaires rectilignes
5 ponctuelles
Appui plan + linéaire rect. Pivot glissant + ponctuelle

Ces 4 possibilités de liaison glissière sont isostatiques. Parfois, on préfèrera d’autres configurations hyperstatiques pour
des raisons de rigidité.

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Le degré de liberté en translation peut être obtenu aussi bien par association de surfaces planes que de révolutions. Selon
la nature de ces surfaces assurant la MIP on distinguera :

 Le guidage prismatique
 Le guidage cylindrique

3.1. Les différents types de guidage

Suivant l’application recherchée, une liaison glissière sera réalisée en utilisant des technologies très différentes. On peut
les regrouper en 2 familles : guidage par glissement, ou par roulement.

3.1.1. Guidage par GLISSEMENT

Avec ce type de guidage apparait un frottement entre le coulisseau et le guide, ce qui entraine une perte
d’énergie, une augmentation de la température et donc une usure entre les 2 pièces. Le frottement f dépend
de la nature des matériaux, de l’état de surface. Pour diminuer f, la solution est d’utiliser un lubrifiant ou
d’interposer des éléments antifrictions. Les solutions par queue d’arronde ou par profil rectangulaire exigent un
système de rattrapage de jeu pour fonctionner avec précision.

Convient pour des VITESSES de déplacements FAIBLES ou MODEREES.

Solutions technologiques de guidage avec formes PRISMATIQUES:

Attention aux contacts surabondants !! : le double contact entre A et B n’est possible que si les cotes P1 et P2
sont rigoureusement égales, ce qui est impossible à réaliser !

Guidage en Tê

Solution simple mais nécessitant un système de rattrapage de jeu par cales de réglage.

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Guidage en queue d’arronde

Forme très utilisée en particulier pour guider les chariots de machine outil. Ce guidage est souvent de systèmes
de rattrapage de jeu par des cales d’épaisseur ajustables ou par vis de pression comme ci-dessous.

Guidage en plan + vê

Solutions technologiques de guidage avec formes CYLINDRIQUES:

Rainure + vis de pression Clavette ou cannelure

Solution simple avec une vis de pression logée Solution hyperstatique qui impose un parallélisme
dans une rainure (PG + ponct.). rigoureux (PG + LR).

Double colonne

Solution hyperstatique mais très classique. Des bagues de frottement et des colonnes en acier trempé
faciliteront le glissement à moindre frais. On peut aussi mettre des douilles à billes (cf solution avec roulement).

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3.1.2. Guidage par ROULEMENT

Il s’agit de remplacer le déplacement par glissement par un déplacement par roulement. Il suffit d’intercaler
entre le coulisseau et le guide des éléments roulants (billes, rouleaux, aiguilles) STANDARD.

Cette technologie assure un meilleur rendement mais à un coût plus élevé. Elle améliore les performances
(cadences, vitesses…). Aucune lubrification nécessaire sauf pour les éléments roulants.

Guidage par cages à éléments roulants

Ils comportent 3 catégories de constituants :

- les éléments roulants (avec ou sans cage)

- les rails de guidage qui portent les chemins de
roulement, liés respectivement au coulisseau et au
guide
- les organes d’arrêt ou de protection

Exemples :

Douilles à billes pour guidage cylindrique

Permettent des fonctionnements sans jeux, améliorent la

précision et les performances. Valeur de coefficient de
frottement de 0.001 à 0.005. Se montent par paire.
Utilisées sur les machines outils, robots, systèmes automatisés…
Vitesse de déplacement de 5m/s.
Economiques pour arbres lisses, ne supportent que des charges
radiales !

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Exemple : module de guidage linéaire de la pince Schrader

Guidage par patins

Les patins sont des systèmes à recirculation d’éléments roulants. Ils sont toujours montés par paire.

Guidage par systèmes complets

Guidages linéaires sur patins utilisés dans la mécanique de précision (automation, dispositifs de contrôle et de
mesure type MMT…). Ils permettent une absence totale de jeu et ils possèdent un très faible coefficient de
frottement (0.0005 à 0.003). Vitesse de déplacement de 3 à 5m/s.

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Guidage par galets

Ils comportent quatre galets. Afin de régler le jeu de fonctionnement, deux des quatre galets sont montés sur
des axes excentriques.

3.1.3. Guidage par interposition d’éléments ANTIFRICTION

L’interposition d’éléments antifriction entre les surfaces de liaison permet :

- de diminuer le coefficient de frottement

- de reporter l’usure sur ces éléments interchangeables

Types d’éléments antifriction : Les matériaux utilisés :

- acier recouvert de PTFE

- bronze fritté autolubrifiant
- polyamide
- Nylon

Exemples :

Coulisseau / corps de l’interrupteur de position Mors mobile / fixe d’un étau

3.2. Précision d’un guidage – influence du jeu

La précision du guidage dépend principalement :

- de la valeur du jeu interne du guidage j (jeu radial)

- de la longueur du guidage L

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3.2.1. Contact direct ou par interposition d’éléments antifriction

Un jeu minimal est nécessaire au fonctionnement de la liaison glissière.

Ce jeu interne permet au coulisseau des déplacements transversaux et angulaires.

Jeu radial Déviation angulaire

Le jeu radial dépend de l’ajustement entre le
j = D1 - D2 tan α ≈ j/L
coulisseau et le guide.

L L
La déviation angulaire est minimisée en
augmentant le rapport de guidage L/D. En
pratique :

2 < L/D < 5 D1 D2

Ajustements usuels : H7g6 : jeu faible jeu α

H8e7 : jeu moyen.

3.2.2. Guidage par interposition d’éléments roulants

Les jeux (initial et d’usure) sont annulés par réglage ou par précontrainte des éléments roulants. Les
constructeurs donnent les ajustements et les conditions nécessaires au montage de chaque type d’éléments
roulants.

3.2.3. Systèmes de rattrapage de jeu

Afin de limiter le jeu dans le guidage, il existe de nombreux systèmes de rattrapage de jeu.

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4. Phénomène de l’arc-boutement
Rappel sur le frottement : N F

Lorsque “T” est nulle la réaction du sol “F” est verticale. Si on augmente l’effort de 
traction “T”, la réaction du sol “F” sur le bloc s’incline pour s’opposer au mouvement.
Tant que l’angle  reste inférieur à  il n’y a pas de mouvement. On se trouve à
l’intérieur du cône de frottement. T
Dès que  devient égal à  (si T continue d’augmenter) le mouvement commence : la
résultante restera alors inclinée d’un angle  (angle de frottement selon le modèle
de Coulomb).
-T
Dans le cas d’une liaison pivot glissant, on peut savoir s’il y a mouvement ou si il y a
blocage (arc-boutement).

Soit “F” la force destinée à deplacer le coulisseau par rapport au bâti. Le jeu dans la glissière (qu’elle soit prismatique ou
cylindrique) fait que les actions de contact se localisent en A et B. Elle peuvent s’incliner d’un angle maximum  par
rapport à la normale au contact.

L’équilibre du coulisseau impose que les trois supports des forces “FA”, “FB” et “F” se coupent en un point C.
Le coulisseau sera bloqué (arc-boutement) si l’angle  est inférieur à .
d L
Il y a blocage si :  <   tan  < f  2  f ou :
d
FA Condition de non arc boutement
L  2.f .d
A On remarque que cette condition est indépendante de la norme de F, et ne dépend
que de la géomètrie de la liaison et du choix des matériaux.

C
L
FB

B F

La partie mobile du serre joint

s’arc-boute sur le guide au serrage.

Dans certains cas, on peut rechercher l’arc-boutement .

Exemples : le serre-joint , la roue libre ...

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Cette roue libre à rouleaux transmet le couple dans 1 seul sens par arc-boutement des rouleaux entre la
bague intérieure et extérieure. Les rouleaux sont plaqués par des ressorts.

Sens libre = 1

Sens moteur = 2

Principaux types de roues libres :

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5. Limites pour l’étude des pressions de contact

Les surfaces de contact dans les liaisons glissières sont limitées à des bandes dont la largeur (perpendiculairement à l’axe
de translation) est petite devant la longueur. Cette situation permet de faire l’hypothèse suivante :

 la répartition de pression suivant la largeur est supposée constante,

 la répartition de pression longitudinalement varie linéairement.

Au centre de la surface rectangulaire la résultante des actions de pression est un torseur défini par une force
perpendiculaire à la bande et un moment porté par le petit côté du rectangle. Ce torseur est équivalent à un glisseur F situé
à la distance « a » de O.
y y

L b
-L/2 L/2 b/2 -b/2

z
x

a
p0
(P0 + p1)/2
p1
F
On a :
Pour x=0 car sur y
p(x) = (p0+p1)/2 + (p1-p0).x/L en projection sur y

Effort F : F= p(x,z).y.ds = dz.p(x)dx = bp(x).dx, d’où F=b.L(p0+p1)/2

Moment de F autour de z : ax Fy = aFz = OP p(x) y ds =  (x x + z z) y p(x)ds = xp(x) ds z –  zp(x)ds x

Soit aFz = (p1-p0)/L * L3.b/12 z Moment de x(po+p1)/2 =0

p1  p 0 L
D’où : aF = (p1-p0).L2.b/12 donc a .
p 0  p1 6

Si p0=0, alors a = L/6

Si p1=0, alors a = -L/6

Le modèle de répartition est valable si le glisseur F

équivalent satisfait à la condition de pression
Il vient aussi : positive sur toute la surface, soit a < L/6

F 12ax
p ( x, z )  (1  2 )
b.L L

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6. Critères de choix d’une solution

Le choix d’une solution constructive repose sur son aptitude à satisfaire le cahier des charges de l’application, en mettant
en jeu le minimum de ressources.

Les principaux indicateurs de qualité sont les suivants :

 Précision du guidage
 Vitesse de déplacement maximale
 Intensité des actions mécaniques transmissibles
 Fiabilité (probabilité de bon fonctionnement)
 Maintenabilité (temps moyen de réparation)
 Encombrement
 Esthétique
 Coût

Caractéristiques de chaque famille de solution :

Domaines d’utilisation industriels :

Les guidages par contact direct et par interposition d’éléments antifriction conviennent lorsque les vitesses de
déplacements sont faibles ou modérées.

Les guidages par éléments roulants sont utilisés dans les domaines suivants :

 Machines-outils
 Robots
 Systèmes automatisés
 Aéronautique
 Matériels médicaux
 Appareils de contrôle et de métrologie

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