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.

Une tige 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, de nickel 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 du vérin. On protégera particulièrement le vérin des risques d'introduction de pollution 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 et des caractéristiques de charge et de vitesse 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, vérins à double tige, vérins à câble, vérins télescopiques, etc.)

Le vérin pneumatique est utilisé avec de l'air comprimé entre 2 et 10 bars dans un usage courant. Simple à mettre en œuvre, il est très fréquent dans les systèmes automatisées industriels.

Le vérin hydraulique est utilisé avec de l'huile sous pression, 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 électrique.

Un vérin se caractérise par sa course, par le diamètre de son piston et par la pression qu'il peut admettre :

• La course correspond à la longueur du déplacement à assurer,
• L'effort développé dépend de la pression du fluide et du diamètre du piston.

La force 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 d'application de la pression exprimée en m²,

$S=\frac{\pi \cdot D^2}{4}$ 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 m².

Le produit de la surface du piston par la course donne la cylindrée du vérin; elle correspond au volume 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.

Un vérin simple effet ne travaille que dans un sens (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 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.

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 de pression qui pourraient le faire éclater du côté de sa tige.

Associé à une servovalve ou un distributeur à commande proportionnelle, ainsi qu'un capteur 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.

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 ou de paliers hydrodynamiques, voire de paliers hydrostatiques pour les plus performants. La réponse d'un servo-vérin dépend de ses dimensions, de la masse embarquée, de la qualité de l'organe 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.

Ils sont principalement utilisés lorsque l'encombrement est réduit. Les bennes sur camion en sont couramment équipées.

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

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

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.

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