Ajustement arbre/roulement : le lot usiné en h6 au lieu de k6
Le montage d'un réducteur à roues cylindriques bute sur un problème d'ajustement. L'arbre de sortie, en C45, porte un roulement à billes 6208 (alésage Ø40 mm, tolérance de l'alésage 0/−12 µm, diamètre extérieur Ø80 mm toléré 0/−15 µm) et un pignon. Le plan d'ensemble impose : arbre Ø40 k6, logement Ø80 H7, concentricité de 0,02 mm entre la portée du roulement et celle du pignon, rugosité Ra 0,8 µm sur les portées. Un lot d'arbres a été usiné par erreur à Ø40 h6 (0/−16 µm). À l'assemblage, le monteur constate que les bagues intérieures tournent sur l'arbre et que la graisse noircit en quelques heures. Le logement, lui, a été alésé à Ø80 H7 (0/+30 µm) et le roulement s'y monte sans jeu perceptible. Le contrôleur affirme que le plan est respecté puisque les cotes sont dans les tolérances.
1. Calculer les serrages obtenus avec Ø40 k6 puis avec Ø40 h6 sur l'alésage du roulement, et expliquer le symptôme observé.
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Avec k6 : arbre 40,002 à 40,018 mm ; alésage 39,988 à 40,000 mm. Serrage mini = 40,002 − 40,000 = 0,002 mm ; serrage maxi = 40,018 − 39,988 = 0,030 mm. L'ajustement est toujours serré : c'est le choix correct pour une bague intérieure tournante, il interdit tout glissement et tout matage. Avec h6 : arbre 39,984 à 40,000 mm → jeu maxi = 40,000 − 39,984 = 0,016 mm, serrage maxi 0,012 mm. L'ajustement est incertain : un jeu est possible. Conséquence : la bague intérieure tourne par intermittence sur l'arbre, l'acier s'use, les particules métalliques passent dans la graisse qui noircit (fretting-corrosion). Le lot h6 est donc non conforme au plan : il faut le rebuter ou le recharger, jamais le monter en espérant que cela tienne.
2. Le logement est en Ø80 H7 alors que l'extérieur du roulement est à 0/−15 µm. Ce jeu est-il une erreur ? Justifier par la configuration de charge.
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Calcul : alésage 80,000 à 80,030 mm ; extérieur 80,000 à 79,985 mm → jeu de 0 à 0,045 mm (moyenne ≈ 0,02 mm). Justification : la charge est fixe par rapport à la bague extérieure, puisque c'est l'arbre qui tourne et que la direction de l'effort ne suit pas le logement. La bague extérieure est dite « fixe » dans son logement : un jeu faible suffit à empêcher son entraînement, et ce jeu autorise la dilatation axiale de l'arbre ainsi qu'un montage à la main, sans presse ni risque d'écaillage des pistes. Si la charge avait tourné par rapport à la bague extérieure (arbre fixe, charge tournante), il aurait fallu un ajustement serré de type N7 ou P7 (serrage 0,01 à 0,05 mm) pour éviter le creep et l'usure du logement. Le H7 n'est donc pas une erreur de dessin : c'est le choix cohérent avec cette configuration.
3. Quelles seraient les conséquences d'une concentricité ramenée à 0,05 mm ? Pourquoi la rugosité Ra 0,8 est-elle imposée sur les portées, et comment contrôler la pièce ?
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Concentricité : l'excentricité du pignon passe de 0,02 à 0,05 mm. À 200 tr/min (3,33 Hz), elle crée un balourd et un défaut à 1× la fréquence de rotation, transmis à la denture : variation du jeu de fonctionnement, bruit, efforts dynamiques supplémentaires sur les roulements et usure dissymétrique des flancs de dents. Rugosité : sur une portée serrée, les pics s'écrasent au montage et font perdre une part du serrage théorique (jusqu'à 50 % si Ra dépasse 1,6 µm) ; on impose donc Ra 0,8 pour garantir le serrage effectif et éviter le glissement sous charge. Contrôle : la concentricité ne se mesure pas au pied à coulisse mais au comparateur, pièce montée sur cales en V ou entre pointes, avec rotation complète ; la rugosité se contrôle au rugosimètre ou par comparaison visotactile certifiée.