Les vérins pneumatiques
Principe
Un vérin pneumatique est un actionneur linéaire dans lequel l'énergie de l'air comprimé est transformée en travail mécanique.
Applications
Cet actionneur de conception robuste et de simplicité de mise en œuvre est utilisé dans toutes les industries manufacturières. Il permet de reproduire les actions manuelles d'un opérateur telles que pousser, tirer, plier, serrer, soulever, poinçonner, positionner, etc...
Les croquis ci-dessous évoquent les principaux emplois des vérins pneumatiques en automatisation de production
Fig. 1 Emplois des vérins
Constitution d’un vérin
Un piston muni d’une tige se déplace librement à l’intérieur d’un tube. Pour faire sortir la tige, on applique une pression sur la face avant du piston, et sur la face arrière pour faire rentrer la tige.
Fig. 2 Vue en coupe d’un vérin pneumatique
Amortissement
Certains vérins disposent d’amortisseurs afin d’obtenir un ralentissement en fin de mouvement de façon à éviter un choc du piston sur le nez ou le fond du vérin.
Auxiliaires implantés sur les vérins
Il est possible d’équiper les vérins de dispositifs de contrôle de mouvement tels que régleurs de vitesse et capteurs de position magnétique.
Les différents types de vérins pneumatiques
Vérin double effet
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.
Fig. 3 Vérin double effet avec son distributeur
L'air comprimé est distribué par un distributeur à deux sorties.
Vérin simple effet
Un vérin simple effet ne travaille que dans un sens.
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.
Fig. 4 Vérin simple effet avec son distributeur
Un distributeur à une seule sortie est donc suffisant. L'emploi de ces vérins reste limité aux faibles courses.
Caractéristiques d’un vérin
Un vérin est déterminé par sa course et par son diamètre :
Effort développé
La poussée théorique d’un vérin est donnée par la relation :
F = p . S avec F en daN, p la pression en bar, S la surface du piston en cm2
En réalité, l’effort développé par le vérin doit être supérieur à la poussée théorique pour tenir compte des frottements.
On adopte un coefficient de majoration appelé taux de charge. Le plus souvent, on adopte un taux de charge Tc = 60%.
L’effort développé par le vérin est donné par :
avec M masse à déplacer en kg et g, la gravité = 9,81
m/s2
Un vérin ne développe pas le même effort en sortie ou en rentrée de tige. La poussée est plus importante en sortie de tige qu’en rentrée de tige.
|
En sortie de tige, la surface du piston sur laquelle est appliquée la poussée est égale à
|
En rentrée de tige, la surface n’est plus que:
Fig. 6 Surface du piston en rentrée de tige
|
Comme S2 < S1, à pression constante, l’effort développé est moins important en rentrée de tige qu’en sortie de tige
Détermination du diamètre d’un vérin pneumatique
Abaque efforts développés en sortie de tige
Dans l'exemple ci-dessus, pour un effort à développer de 175 daN et sous une pression de 7 bars, le point de rencontre sur l'abaque de ces deux grandeurs se trouve entre le diamètre 50 mm et 63 mm. Il faudra toujours prendre le diamètre supérieur, c'est à dire 63 mm.
Abaque efforts développés en rentrée de tige
(voir fig 5)
(voir fig 6)