VERIN DOUBLE EFFET

Présentation

Le vérin pneumatique est très répandu sur les machines automatisées. C'est un actionneur économique car simple sur le plan mécanique. Il en existe de nombreux types : Vérin rotatif, vérin double tige, vérin à positions multiples, vérin à souflet, multiplicateur de pression, vérin en tamdem, vérin télescopique... Le vérin proposé sur le dessin d'ensemble est un vérin double effet.

Pour fonctionner, un vérin a besoin d'énergie pneumatique. Elle est fournie par un compresseur qui envoie l'air dans un réservoir. Un mano-régulateur permet de régler et réguler la pression.

La vapeur d'eau contenue dans l'air ambiant a tendance à se condenser lorsqu'on comprime l'air. Un dispositif d'évacuation de cette eau doit donc être mis en place dans une installation. Les canalisations sont légèrement inclinées pour que l'eau s'écoule vers des purges.

L'air est filtré pour éviter les poussières et la corrosion. Il est lubrifié pour améliorer le glissement. Les canalisations doivent être suffisamment dimensionnées pour limiter les pertes de charge.

Comparaison avec le vérin hydraulique :

Travail demandé

Activité 1 : Etude technologique

1. Quel type de joint est utilisé pour l'étanchéité dynamique entre le piston et le cylindre?
2. Quel type de joint est utilisé pour l'étanchéité dynamique entre la tige et le nez de vérin?
3. Quel type de joint est utilisé pour les étanchéités statiques?
4. La vitesse de la tige de vérin est-elle ralentie en fin de course? Si oui, expliquer comment. Cet amortissement est-il réglable?
5. A quoi servent les aimants 11?
6. A quoi servent les taraudages pratiqués dans les têtes des vis 9?
7. Sur un schéma pneumatique, comment représenteriez-vous ce vérin?
8. Quels sont les diamètres du piston et de la tige de ce vérin?
9. La course totale du vérin étant de 125 mm, quelle est la longueur du cylindre 12?
10. A quoi correspondent les désignations des matériaux spécifiées dans la nomenclature : A-S 10 G, C 40, EN AW-2017 et Cu Zn 39 Pb 2.
11. La coupe A-A du dessin d'ensemble est une coupe particulière. Quel nom porte ce type de coupe?

Activité 2 : Etude de la force exercée par le vérin

1. On alimente ce vérin sous une pression de 6 bars, tous les frottements sont négligés.
   • Quelle force théorique exerce ce vérin lorsque la tige sort?
   • Quelle force théorique exerce ce vérin lorsque la tige rentre?
2. On prend maintenant en compte les frottements. Ils représentent une force antagoniste de 2 daN. Quelle force statique de serrage exerce ce vérin lorsque la tige sort?
3. On prend en compte la contre-pression d’échappement, employée pour réguler la vitesse de la tige. Le réglage est obtenu par des limiteurs de débit placés à l’échappement. On suppose cette contre-pression égale à 15% de la valeur de la pression de démarrage. Quelle force dynamique exerce ce vérin lorsque la tige sort?
4. Comparer le résultat calculé avec celui donné par le graphique ci-dessous, proposé par un fabriquant de vérins.
5. Le vérin fonctionne correctement si la force qu'il exerce est supérieure à la force qui lui est opposée. Le taux de charge est le rapport entre ces deux forces. On se fixe un taux de charge de 0,6. Quelle force peut être opposée à ce vérin lorsque la tige sort?

Activité 3 : Etude cinématique

L'étude est faite dans le cas où la tige de vérin sort. Le graphique de la vitesse d'un point lié à la tige, en fonction temps, est donné ci-dessous. On notera que la phase d'accélération est de même durée que la phase de décélération.

1. A partir de ce graphique, déterminer la course totale du vérin en fonction de V_max et de t₂.
2. Déterminer t₂ sachant que la course totale du vérin est de 125 mm et que V_max = 0,625 m/s.
3. Déterminer t₁ sachant que la distance parcourue par un point lié à la tige lors de la première phase est de 20 mm.
4. En déduire la durée totale du mouvement t₃.
5. Ecrire les équations horaires du mouvement, pour chacune des trois phases.
6. Tracer le graphique de x en fonction de t.

Activité 4 : Etude de conception

Dans une usine, on souhaite utiliser ce vérin sur une machine pour remplacer la régulation manuelle d'un débit par une régulation automatique. L'implantation du vérin sur la machine nécessite de réaliser une liaison pivot entre l'extrémité de la tige du vérin et l'extrémité du levier sur lequel elle agit.

Proposer un dessin d'ensemble montrant l'assemblage et les formes des différentes pièces de la solution retenue.

Conditions à respecter :

• Le tube servant de levier est de diamètre extérieur 34 mm et de diamètre intérieur 26 mm. Il peut être coupé ou allongé à la longueur voulue. Aucune pièce ne peut être soudée dessus.
• L'axe de la tige du vérin et celui du tube servant de levier sont dans le même plan.
• L'axe de la liaison pivot est perpendiculaire à ce plan.
• L'angle entre l'axe de la tige du vérin et celui du tube servant de levier varie de 70° à 110° au cours du fonctionnement.
• La distance entre l'extrémité de la tige du vérin et l'axe du tube servant de levier importe peu. Elle est toutefois limitée à 100 mm.
• La solution proposée doit être démontable.
• Il est conseillé d'utiliser une chape de tige dans l'extrait de catalogue ci-dessous. Dans ce cas :
  • Préciser sur le dessin d'ensemble la référence de la chape choisie.
  • La partie à concevoir doit se fixer sur le levier d'une part, réaliser la liaison pivot avec la chape de tige d'autre part.