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Vérin

Un vérin est un tube cylindrique (le cylindre) dans lequel une pièce mobile (le piston) sépare le volume du cylindre en deux chambres isolées l'une de l'autre. Un ou plusieurs orifices permettent d'introduire ou d'évacuer un fluide dans l'une ou l'autre des chambres et ainsi déplacer le piston.

Le vérin pneumatique est l'élément de base du marteau-piqueur.
Le vérin pneumatique est l'élément de base du marteau-piqueur.
Les vérins hydrauliques trouvent leur application la plus visible dans les engins de chantier.
Les vérins hydrauliques trouvent leur application la plus visible dans les engins de chantier.

Une tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et rameaux formant...) rigide est attachée au piston et permet de transmettre effort et déplacement. Généralement la tige est protégée contre les agressions extérieures par un traitement augmentant la dureté superficielle. Selon les conditions d'exploitation, des revètements appropriés à base de chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.), de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et chrome ou de céramique sont réalisés.

Bien sûr, l'étanchéité entre les chambres du vérin ou entre corps et tige est réalisée par des joints. Cette fonction est primordiale, car elle caractérisera le rendement et la durée de vie (La vie est le nom donné :) du vérin. On protégera particulièrement le vérin des risques d'introduction de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par...) par la tige grâce à l'installation d'un racleur.

Le guidage est assuré par des porteurs en matériaux à faible friction (bronze, matériaux composites, ...). Leur choix dépendra du fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions...) et des caractéristiques de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport...) et de vitesse (On distingue :) du vérin.

Il existe de très nombreux types de vérins. On les distingue par le fluide de travail (vérins hydrauliques, vérins pneumatiques), par leur action (simple action ou simple effet, double action ou double effet, rotatif), ou par d'autres caractéristiques (vérins à chambre ovale (Dans le sens étymologique, un ovale est une forme d'œuf. En mathématiques, et plus particulièrement en géométrie, le terme « ovale »...), vérins à double tige, vérins à câble, vérins télescopiques, etc.)

Le vérin pneumatique est utilisé avec de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) comprimé entre 2 et 10 bars dans un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) courant. Simple à mettre en œuvre, il est très fréquent dans les systèmes automatisées industriels.

Le vérin hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) est utilisé avec de l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et...) sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), jusqu'à 350 bars dans un usage courant. Plus coûteux, il est utilisé pour les efforts plus importants et les vitesses plus précises (et plus facilement régulable) qu'il peut développer.

Il existe également des vérins électriques qui produisent un mouvement comparable mais avec l'aide d'un système vis-écrou (liaison glissière hélicoïdale)(lien) entrainé par un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la...) électrique.

Caractéristiques d’un vérin

Un vérin se caractérise par sa course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.), par le diamètre de son piston et par la pression qu'il peut admettre :

  • La course correspond à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) du déplacement à assurer,
  • L'effort développé dépend de la pression du fluide et du diamètre du piston.

La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) développée par un vérin est F=P \cdot S \,

  • F est la force développée exprimée en Newton.
  • P est la pression exprimée en Pascal
  • S est la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) d'application de la pression exprimée en ,

S =\frac{\pi \cdot D^2}{4} avec D le diamètre du piston en m.

En automatismes, on emploie également les unités pratiques : F en daN, P en bar et S en cm². On emploie aussi couramment F en N, P en MPa et S en mm².

La vitesse de sortie du piston est fonction de la surface du piston et du débit de fluide qui rentre dans la chambre motrice: V=\frac{Q}{S} \,

  • V la vitesse en m/s.
  • Q le débit volumique en m³/s.
  • S la surface d'application (surface du piston) en .

Le produit de la surface du piston par la course donne la cylindrée du vérin; elle correspond au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de fluide nécessaire pour sortir toute la tige du piston.

On vérifiera l'élancement de la tige pour éviter son flambement en poussant. Pour les grands vérins à grande course on utilise des tiges creuses alimentées en huile pour réduire le risque de flambement.

Vérin simple effet (VSE)

Un vérin simple effet ne travaille que dans un sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) (souvent, le sens de sortie de la tige). L'arrivée de la pression ne se fait que sur un seul orifice d'alimentation ce qui entraîne le piston dans un seul sens, son retour s'effectuant sous l'action d'un ressort ou d'une force extérieure (fréquent en hydraulique).

Fig. 4 Vérin simple effet avec son distributeur

L'utilisation d'un distributeur à une seule sortie est donc suffisante (distributeur 3/2) ou d'un clapet logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement)...) pour les débits plus importants.

L'emploi de ces vérins reste limité aux faibles courses.

L'usage des vérins simple effet est très courant dans les presses hydrauliques. Ils permettent de développer des efforts très importants. Ils sont alors associés à des vérins de plus faibles sections permettant de réaliser les vitesses rapides d'approche ou de rappel. Des clapets de grosse section permettent le remplissage ou la vidange rapide des vérins et sont directement raccordés au réservoir souvent situé en charge.

Vérin double effet (VDE)

Un vérin double effet a deux directions de travail. Il comporte deux orifices d'alimentation et la pression est appliquée alternativement de chaque côté du piston ce qui entraîne son déplacement dans un sens puis dans l'autre. On vérifiera que le vérin ne sera pas soumis aux effets de multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) de pression qui pourraient le faire éclater du côté de sa tige.

Associé à une servovalve ou un distributeur à commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) proportionnelle, ainsi qu'un capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique,...) de position ou des capteurs de pression, le vérin devient alors un servo-vérin. Cet actionneur est extrêmement utilisé dans tous les servo-mécanismes.

Les vérins sont souvent équipés d'amortisseurs de fin-de-course qui évitent les chocs du piston.

Fig. 3 Vérin double effet avec son distributeur L'air comprimé est distribué par un distributeur à deux sorties.

Servo-vérin

C'est un vérin asservi. Il est équipé soit d'un distributeur à commande proportionnelle soit d'une servovalve et d'un ou plusieurs capteurs. Selon sa performance, il sera équipé de joints à faible frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) ou de paliers hydrodynamiques, voire de paliers hydrostatiques pour les plus performants. La réponse d'un servo-vérin dépend de ses dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa...), de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) embarquée, de la qualité de l'organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions, mais dans ce cas, une...) de commande, de la longueur des circuits d'alimentation. Les régulateurs numériques aujourd'hui permettent d'améliorer la réponse des servo-systèmes hydrauliques.

L'effort développé par un servo-vérin dépend des pressions résultantes dans les deux chambres. Celles-ci créent des efforts antagonistes et sont dues aux pertes de charge générées par l'organe de contrôle qui laminent le fluide.

Vérin à tige téléscopique

Ils sont principalement utilisés lorsque l'encombrement est réduit. Les bennes sur camion (Le camion est un véhicule routier de plus de 3,5 tonnes, destiné à transporter des marchandises. Le camion se distingue du véhicule léger sur le plan technique (charge à l'essieu...) en sont couramment équipées.

Vérin rotatif

Les vérins rotatifs se classent en deux catégories :

  • Ceux qui permettent de convertir un mouvement linéaire en rotation afin de créer un couple.
  • Ceux qui sont directement alimentés par un système rotatif type palette, mais peuvent etre aussi avec pignon et crémaillère

Multiplicateur de pression

Le piston sépare les deux chambres du vérin. La section de la chambre côté tige est réduite. Ainsi un vérin aura un rapport de section. On pourra profiter de cette différence de section pour effectuer une multiplication de pression. Il suffira alors d'alimenter la section pleine et de récupérer une pression plus élevée dans la valeur du rapport du côté de la tige.

ce principe est utilisé pour l(hydraulique, le pneumatique et beaucoup d'autres fluides

Vérin sans tige

Ce sont des vérins pneumatiques qui possèdent l'avantage d'un encombrement réduit. Ces vérins peuvent avoir de grandes courses. Ils sont très utilisés dans les systèmes de transfert et robotisés.

Vérins spéciaux

Les vérins speciaux sont des vérins qui peuvent se brancher soit comme un vérin simple effet soit comme un vérin double effet.

ils sont réalisé à la demande et ne sont généralement pas en stock

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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