Guide des tolérances relatives au jeu, à la transition et à l'ajustement serré

Le terme “ ajustement ” revêt une importance cruciale lorsqu’il s’agit de pièces mobiles. Une machine puissante comportant de nombreux maillons et sous-ensembles peut tomber en panne simplement à cause d’un jeu trop faible, ce qui fait que les pièces glissent les unes sur les autres au lieu de transmettre les forces à travers le système. Imaginez que vous conceviez un arbre de moteur destiné à être emboîté dans un alésage pour la transmission de puissance. Vous vous rendez compte que l’arbre ne glisse pas dans l’alésage. Cela vous oblige à le renvoyer à l’outilleur, ce qui coûte cher. Vous pouvez également avoir un roulement qui tourne sans serrer sur l’arbre alors qu’il devrait être bien ajusté. Imaginez également une goupille qui fissure le boîtier dans lequel elle est censée s'emboîter. Ces scénarios illustrent des défaillances techniques résultant de négligences au niveau des ajustements. Les ajustements entre les pièces d'accouplement et les tolérances n’ont pas été correctement définis lors du processus de conception.  

“En génie mécanique, l”« ajustement » désigne une relation dimensionnelle entre deux pièces à assembler. Dans la plupart des cas, il s’agit d’un arbre et d’un alésage. L’ajustement détermine la manière dont ces pièces s’articulent entre elles. On distingue trois types d’ajustements courants en conception technique : l’ajustement avec jeu, l’ajustement de transition et l’ajustement serré. Dans un ajustement avec jeu, il existe toujours un écart positif qui permet d’assembler et de déplacer les pièces. Dans un ajustement serré, il y a un chevauchement des tolérances. Dans ce type d’assemblage, une force supplémentaire ou des méthodes thermiques sont nécessaires. L’ajustement de transition se situe entre ces deux extrêmes. Il produit soit un petit jeu, soit un jeu léger, en fonction de la tolérance disponible.

Ce guide traite en détail de ces trois types d'ajustements, de leur fonctionnement, de leurs applications et des considérations relatives aux tolérances. Dans le cadre de cette présentation, nous parlerons d’« alésage » et d’« arbre », même si le matériau n’est pas de forme ronde. Un alésage est une caractéristique interne, tandis qu’un arbre est une caractéristique externe.

Qu'est-ce qu'un ajustement avec jeu ?

L'ajustement avec jeu est le type d'ajustement le plus courant : le trou est légèrement plus grand que l'arbre, ce qui crée un espace volontaire entre les deux pièces. L'espace entre les deux surfaces, ou simplement le jeu, est conçu intentionnellement pour permettre un mouvement libre, sans frottement ni interférence. Les tolérances des deux éléments du composant régulent ce jeu, garantissant ainsi un ajustement harmonieux sans jeu excessif.

En matière de conception, ce type d'ajustement permet aux ingénieurs d'éviter tout assemblage forcé ou tout pressage. L'arbre est plus petit que l'alésage, ce qui permet aux deux surfaces de s'ajuster parfaitement.

Mesure de l'ajustement avec jeu

Le jeu d'ajustage est mesuré à l'aide de micromètres ou de pieds à coulisse. Ces outils permettent de déterminer le jeu maximal et le jeu minimal. Le jeu maximal correspond à l'écart entre le plus grand alésage et le plus petit arbre. À l'inverse, le jeu minimal désigne l'espace entre le plus petit alésage et le plus grand arbre. Le jeu est mesuré en millimètres et se calcule comme suit :;

Jeu = diamètre du trou - diamètre de l'arbre

Si un alésage a un diamètre de 6,36 mm et qu'un arbre a un diamètre de 6,12 mm, le jeu sera alors de 0,24 mm.

Niveaux de tolérance pour les ajustements serrés

Lors de la conception d'un jeu, vous devez définir des tolérances pour le processus de fabrication afin de minimiser les erreurs. Les niveaux de tolérance indiquent l'amplitude de variation admissible pour un jeu. Par exemple, si vous devez fabriquer un alésage de 20 mm et un arbre de 19 mm avec une tolérance de ±0,020 mm, cela signifie que tout alésage usiné entre 20,00 mm et 20,020 mm offrira un jeu avec tout arbre usiné entre 19,00 mm et 19,020 mm. De même, vous pouvez usiner un trou d’un diamètre compris entre 19,98 mm et 20,00 mm et un arbre d’un diamètre compris entre 18,98 mm et 19,00 mm.

Les ingénieurs se réfèrent à des codes ISO spécifiques pour choisir les tolérances. Ces codes sont composés de lettres majuscules et de chiffres (par exemple H7, H8) pour les alésages, et de lettres minuscules et de chiffres (par exemple g6, h6, f7) pour les arbres. ^[1]. Le tableau ci-dessous résume l'interprétation des lettres utilisées dans la spécification des tolérances.

Ces chiffres correspondent aux classes de tolérance internationales (IT). Plus le chiffre est petit, plus la tolérance est serrée et plus l'usinage est précis. Les tolérances IT5 et IT6 sont utilisées pour la haute précision. La tolérance IT7 est utilisée pour la précision générale en ingénierie. Les tolérances IT8 et IT9 correspondent à une précision moyenne, tandis que les tolérances IT10 et supérieures correspondent à une tolérance grossière.

Par exemple, dans un contexte d'ingénierie, si vous concevez un alésage de 20 mm et un arbre de 20 mm avec une tolérance H7/h6, cela signifie :

• Le trou présente une tolérance positive admissible à partir de la cote de base de 20,00 mm.
• L'arbre est fabriqué avec une grande précision, avec des dimensions proches ou légèrement inférieures à la cote de base, ce qui garantit un ajustement par glissement ou par positionnement fiable.

Le tableau ci-dessous présente quelques domaines d'application correspondant à différentes tolérances de jeu.

Quels sont les différents types d'ajustement de jeu ?

Il existe plusieurs types d'ajustements avec jeu, comme décrit ci-dessus ;

• Ajustement par glissement : l'arbre et l'alésage sont conçus avec un jeu réduit et contrôlé entre eux. Les pièces glissent sans à-coups l'une sur l'autre, sans résistance ni jeu excessif. On peut citer comme exemples les rails de guidage et les roulements linéaires.
• Ajustement « Easy Slide » : le jeu est légèrement plus important que celui de l'ajustement « Slide ». Le glissement est ici encore plus facile. L'ajustement « Easy Slide » permet un montage et un démontage aisé grâce au faible jeu disponible. Un tiroir en est un exemple.
• Ajustement « running fit » : cet ajustement est plus lâche qu'un ajustement « slide fit », mais plus serré qu'un ajustement « slack running fit ». Conçu pour les pièces soumises à un mouvement continu. Un exemple est celui d'un tapis roulant.
• Jeu de fonctionnement « Slack » : il offre un jeu plus important que le jeu de fonctionnement « Running ». Il s'applique aux pièces présentant un jeu ou un désalignement mineur acceptable. Parmi les exemples, on peut citer les dispositifs de fixation et les supports de machine réglables.
• Larges jeux : c'est le type qui offre le plus grand jeu. Il convient aux applications où un alignement précis n'est pas nécessaire. On peut citer, par exemple, les portes coulissantes et les panneaux.

Qu'est-ce qu'un ajustement serré ?

Un ajustement serré est parfois appelé « ajustement par friction » ou « ajustement à la presse ». Il s'agit d'une fixation entre deux pièces d'assemblage parfaitement ajustées qui, une fois emboîtées l'une dans l'autre, forment un assemblage maintenu par friction. ^[2]. Concrètement, le diamètre de l’arbre dans cet ajustement est légèrement supérieur à celui de l’alésage. L’assemblage de ces deux pièces nécessite l’application d’une force.

Les ajustements serrés permettent d'obtenir un assemblage solide et stable, qui peut être permanent ou semi-permanent. Ce type d'ajustement est utilisé dans les engrenages et les poulies, les ensembles de roulements, ainsi que dans les moyeux de roues automobiles, où les composants doivent rester fixes malgré les contraintes et les vibrations.

La mesure d'un ajustement serré est similaire à celle d'un ajustement avec jeu. Cependant, l'ajustement serré se calcule comme suit :;

Jeu = diamètre de l'arbre - diamètre de l'alésage

Les ajustements serrés font généralement appel à des tolérances d'arbre plus strictes, telles que s6, t6 ou u6, afin de garantir un assemblage par emmanchement à la presse.

Qu'est-ce que le « Transition Fit » ?

Dans ce type d'ajustement, l'arbre peut être légèrement plus petit ou plus grand que l'alésage (avant l'assemblage). Cet ajustement est utilisé pour créer une liaison serrée et sûre entre les deux éléments dans des applications exigeant une grande précision et une grande stabilité. Il offre une grande précision, mais les pièces assemblées peuvent être démontées et remontées sans subir de dommages. Il permet de démonter et de remonter les pièces assemblées tout en transmettant efficacement des charges de fonctionnement modérées. Cet ajustement offre un compromis entre les ajustements avec jeu et les ajustements serrés. Il est principalement utilisé lorsque l’alignement précis est essentiel. Parmi les applications courantes, on peut citer les dispositifs de fixation d’outillage, les assemblages de précision tels que les composants de moteurs et les machines, ainsi que les roulements.

Un ajustement de transition est idéal lorsque vous avez besoin de composants pouvant être assemblés à la main en exerçant une force modérée, tout en conservant une précision de positionnement raisonnable. Ce type d'ajustement présente un léger serrage par rapport à la plage de jeu, ce qui le rend idéal pour les pièces nécessitant un démontage occasionnel ou un positionnement temporaire.

Les principales caractéristiques de l'ajustement de transition sont un jeu minimal, voire nul, et une force d'assemblage faible. Il convient à l'assemblage manuel, garantit une précision raisonnable et permet un démontage occasionnel.

Application industrielle de l'ajustement de transition

Différents secteurs d'activité ont recours aux ajustements de transition à des fins diverses :

Conclusion

L“” ajustement » désigne la relation dimensionnelle entre deux pièces à assembler avant leur montage. L’ajustement est essentiel pour garantir le fonctionnement efficace et sûr des machines et des systèmes. La compréhension des trois types d’ajustements – à jeu, serré et de transition – est indispensable à une conception et une fabrication efficaces des produits. Chaque type répond à un objectif distinct : les ajustements avec jeu permettent un mouvement entre les pièces, les ajustements serrés créent des assemblages permanents et les ajustements de transition garantissent un mouvement contrôlé avec un alignement précis. Le choix d’un ajustement adapté améliore la durabilité, simplifie la maintenance, permet de maîtriser les coûts et garantit des performances fiables. Il convient de garder à l’esprit que les propriétés des matériaux et les variations de température jouent un rôle majeur dans l’obtention de l’ajustement souhaité.

Référence

[1] Organisation internationale de normalisation (ISO). (2010). ISO 286-1:2010 Spécifications géométriques des produits (GPS) — Système de codes ISO pour les tolérances sur les dimensions linéaires. Catalogue des normes ISO. https://www.iso.org/standard/45975.html

[2] ScienceDirect. (s.d.). Ajustement serré – aperçu général. ScienceDirect Topics. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/interference-fit