Comment choisir un vérin pneumatique

COMMENT CHOISIR UN VERIN PNEUMATIQUE

 

Un vérin est un appareil qui sert à créer un mouvement mécanique à partir d’un fluide sous pression. Lorsque ce dernier est liquide on dit que le vérin est hydraulique, lorsqu’il est gazeux, le vérin est pneumatique. Le vérin pneumatique est l’actionneur le plus utilisé notamment dans les systèmes de transfert et de conditionnement. Il permet de transformer l’énergie pneumatique en énergie mécanique de mouvement rectiligne ou rotatif. Cependant le choix d’un vérin est très important pour le bon fonctionnement du système.

 

I.            PRESENTATION DU VERIN PNEUMATIQUE

 

I-1. Les composants du vérin

Un vérin pneumatique est un appareil composé d’un cylindre (ou corps du vérin) délimité par le nez et le fond dans lesquels sont aménagés des orifices d’alimentation en air comprimé. Dans le corps du vérin se déplace un piston sous l’action d’une pression pneumatique. Ce mouvement entraine simultanément le mouvement de la tige. Le cylindre est généralement constitué d’un tube en acier étiré sans soudure. Pour augmenter la longévité, les surfaces de glissement de cylindre sont généralement superfines. Dans certains cas, le cylindre est en laiton ou en alliage d’aluminium permettant de réduire la masse du vérin. La surface de glissement est alors chromée dur.

Figure 1: vérin pneumatique

 

  • Tube ou corps du vérin en acier parfaitement cylindrique, assure la guidage du piston
  • Nez, assure les fonctions suivantes :
  • Fermeture du tube (Joint)
  • Guidage de la tige (Bague)
  • Arrivée ou sortie d’air (Trou taraudé)
  • Fond, assure les fonctions suivantes :
  • Fermeture du tube (Joint)
  • Arrivée ou sortie d’air (Trou fileté)
  • Fixation éventuelle du vérin
  • Ensemble tige-piston :
  • Le piston reçoit des joints à lèvre assurant une parfaite étanchéité entre les chambres avant et arrière
  • La tige assure la liaison entre la piston et l’organe à actionner,

 

 

   II.            PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

 

Pour chaque type de vérin, il existe un principe de fonctionnement. Mais de manière générale les vérin fonctionnent de la manière suivante : l’air comprimé pénètre dans une chambre et déplace le piston, ce qui fait sortir la tige (si la pénétration d’air se fait par la chambre arrière) ou bien fait rentrer la tige (si la pénétration d’air se fait par la chambre avant).

On distingue deux types de vérins : les vérins simple effet et double effet. La vidéo ci-dessous présente leur fonctionnement.

Figure 2: Vidéo simulation fonctionnement du vérin

II.1- Vérin simple effet

Les vérins simple effet ne sont alimentés en air comprimé que d’un seul côté. Ils ne peuvent donc fournir un effort que dans un seul sens. Le rappel de la tige du piston est assuré par un ressort incorporé ou par une force extérieure. Le ressort est dimensionné de manière à ramener le plus rapidement possible le piston dans sa position initiale.

Le vérin à simple effet est doté d’un joint de piston, monté sur le côté où s’applique la pression. L’étanchéité est assurée par un matériau flexible (perbunanm) encastré dans le piston métallique. Pendant le mouvement, les bords d’étanchéité glissent à la surface du cylindre.

Le vérin simple effet a les avantages suivants :

  • Economique,
  • Faible consommation de fluide

Le vérin simple effet a les inconvénients suivants :

  • La course est fonction de la longueur du ressort. A course égale, les vérins simple effet sont plus long que les vérins double effet.
  • La course des vérins simple effet ne dépassent généralement pas 100 mm, ce qui limite leur utilisation.

 

 
Figure 3: vérin simple effet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II.2- Vérin double effet

Sa construction est similaire à celle du vérin simple effet, à la différence qu’il ne possède pas un ressort de rappel et ses deux orifices servent à la fois pour l’alimentation et pour l’échappement.

Les avantages du vérin double effet sont les suivants :

  • Il offre une utilisation plus souple, car elle peut effectuer un travail dans les deux sens,
  • Ses vis de réglage permettent le contrôle du débit à l’échappement et par conséquent le réglage de la vitesse de la tige,
  • La fin de course peut être amorti ou non amorti

 

L’inconvénient du vérin double effet est qu’il est plus couteux.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Orifice d’air (rentrée tige)
Vis de réglage
Piston
Orifice d’air (sortie de tige)
Figure 4: vérin double effet (marque VESTA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Outre la connaissance du type de vérin à utiliser, ses caractéristiques sont très importante dans le choix.

 

III.            CARACTERISTIQUES DES VERINS

 

Les caractéristiques d’un vérin sont des paramètres qui entrent dans le dimensionnement du système. Les vérins ont deux caractéristiques principales : le diamètre et la course.

 

  • Le diamètre du piston : il sert à désigner le diamètre du vérin. Il est fonction de la force du vérin.
  • La course: elle sert à déterminer longueur du mouvement à effectuer ;

On peut également avoir d’autres informations sur les vérins telles que :

  • La durée de vie : c’est la durée après laquelle le vérin ne remplit plus sa fonction principale et devrait être remplacée.
  • Le type d’amortissement : il peut être amorti ou non amorti

 

C
D
d
Figure 5: mesure de la course d’un vérin

 

 

 

 

 

 

 

 

IV.            AUTRES VERINS PNEUMATIQUES

 

En dehors des vérins classiques simple effet et double effet, on peut citer également : le vérin rotatif, le vérin télescopique, vérin double tige etc.…

 

            IV-1. VERIN ROTATIF

ROLE

Ce vérin transforme le mouvement rectiligne de deux vérin simple effet opposés en un mouvement de rotation avec une transmission par pignon-crémaillère. Il est utilisé pour avoir les mouvement rotatifs alternatifs.

APPLICATION

Il peut être utilisé par les mélangeur, pour agiter les matières, ouverture et fermeture des vannes.

 

 

 

 

 

 

 

IV-2. VERIN DOUBLE TIGE

A défaut d’utiliser ce vérin, on peut utiliser un vérin double effet avec détecteur magnétique. Mais s’il n’est pas possible d’utiliser les capteurs de fin de course, on peut utiliser un vérin double tige. Un côté de la tige permet de remplir la fonction désirée, et la tige opposée peut servir de fin de course.

 

 

IV-3. VERIN TELESCOPIQUE

Ce type de vérin est constitué de plusieurs pistons. Le nombre de pistons correspond au nombre d’expansion (2, 3, 4 expansions etc…)

Il est utilisé lorsque la course de travail est importante. Car la somme des longueurs de ses tiges lorsqu’elles sortent est supérieure à la longueur du vérin. Ce qui permet de réduire son emplacement.

 

 

   V.            COMMENT DETERMINER LA REFERENCE D’UN VERIN PNEUMATIQUE : CAS DE VESTA

 

La méthode de détermination de la référence varie d’un constructeur à l’autre. Pour déterminer la référence du vérin on se base sur le cahier de charge du client. Si on connait par exemple la pression, la course et l’effort à vaincre (effort réel) pour déplacer une charge, on peut déterminer la référence du vérin correspondant en suivant les étapes :

  • Calcul de l’effort théorique,
  • Détermination du diamètre du vérin
  • Détermination de la référence.

 

 

 

ETAPE1 : CALCUL DE L’EFFORT THEORIQUE

 

L’effort théorique ou Poussée théorique est l’effort nécessaire au mouvement du piston. Son expression est la suivante :

Effort théorique =

 

  • Taux de charge : c’est un paramètre qui tient compte à la fois des effets de la contre-pression et des frottements internes. Pour être certain d’utiliser le vérin dans de bonnes conditions, on définit le taux de charge.

En pratique : 0,5 ≤ taux de charge 0,75. On utilise généralement 75%

  • Effort réel : c’est l’effort à vaincre pour déplacer la charge,

 

ETAPE2 : DETERMINATION DU DIAMETRE

Lorsqu’on calcule l’effort théorique, on peut simplement utiliser cette valeur pour déterminer la valeur du diamètre du vérin, à l’aide d’un tableau donné dans le catalogue du constructeur VESTA. Le cas pratique ci-dessous présente les étapes de détermination de la référence chez VESTA.

 

CAS PRATIQUE

Spécification du bureau d’étude :

  • Vérin double effet
  • Amortissement réglable
  • Effort en rentrée de tige : 120 daN
  • Pression : 6 bars
  • Course : 160 mm
  • Calcul de l’effort théorique

On peut donc écrire effort théorique =

  = = 160 daN

Ceci signifie que pour une pression de 6 bars, l’effort développé doit être supérieur ou égale à 1600 N.

 

  • Détermination du diamètre du vérin

On connait que le vérin développe une force supérieure ou égale 160 daN en rentée de tige et que la machine fonctionne sur 6 bars de pression, on va s’en servir dans le tableau ci-dessous :

Figure 6: Détermination du diamètre du vérin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ETAPE3 :  DETERMINATION DE LA REFERENCE DU VERIN

Connaissant le diamètre et la course 160 mm, on utilise la fiche des références dont un extrait est présenté dans le tableau ci-dessous (tableau de la figure8) : la référence de ce vérin est NWT 063.0160

Signification des composants de la référence :

NWT : vérin à piston magnétique avec amortissement réglable

063 : diamètre du piston en mm

Figure 7: vérin pneumatique VESTA de référence NWT 063.0160

0160 : distance de la course

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