Guidage

Comment guider en rotation le capteur ?


Pour guider en rotation l’axe du capteur, nous avons retenues les 3 solutions utilisant un axe vertical. Il s’agit de réaliser une liaison mécanique de type liaison pivot avec le moins de frottements possible afin que l’anémomètre puisse « mesurer des vitesse de vent très faibles » (Fc).  Après l’étude des solutions envisageables, nous allons effectuer un choix en essayant de satisfaire au mieux les contraintes techniques dictées par le Cahier des Charges Fonctionnel.

Guidage en rotation de l’axe du capteur

Réalisation d’une liaison pivot.
Solutions retenues Solution n°1 Solution n°2 Solution n°3
Eléments de guidage 1 palier long et une butée 2 paliers courts et une butée un montage de roulements
Schéma mécanique
Limiter les frottements
Résister au milieu ambiant
axe en inox
paliers en Téflon
butée traitée
non concerné
Favoriser le roulement
Résister au milieu ambiant
non concerné roulements à billes dégraissés sans déflecteurs

Solution n°1 : le montage avec palier long

Il s’agit de réaliser une liaison mécanique composée d’une liaison pivot (centrage long) et d’un contact ponctuel (pointe + butée).

Contraintes techniques:
limiter les frottements et résister au milieu ambiant (air marin, sable…)

Solution technique retenue
Palier long : bague épaulée en Téflon (1)
Axe du capteur : inox
Butée : pierre synthétique (2)

Caractéristiques:
Le choix d’un palier en Téflon et d’un axe en inox est idéal pour réaliser le guidage en rotation du capteur. Ce type de liaison mécanique permet un fonctionnement sans lubrification, tolère les ambiances poussiéreuses, glisse en douceur et sans bruit. Le coefficient de frottement entre le Téflon et l’acier inoxydable est très faible (0,03 < f < 0,1). Le bout de l’axe est conique (60°). Celui-ci peut reposer sur une platine en acier, ou mieux, sur une pierre (saphir). Ce type de butée axiale limite les frottements (appui sur un point de contact seulement).
Notice palier et coussinet

Solution n°2 : le montage avec 2 paliers courts

Il s’agit de réaliser une liaison mécanique composée d’une liaison pivot (deux centrages courts) et d’un contact ponctuel (pointe + butée). fig. 1

Contraintes techniques:
limiter les frottements et résister au milieu ambiant (air marin, sable…)

Solution technique retenue

2 paliers courts (1et 2) : Téflon
Axe du capteur : inox
Butée : pierre synthétique (3)

Caractéristiques:
Par rapport à la solution n°1, le guidage en rotation du capteur s’effectue, cette fois-ci, à l’aide de deux bagues en Téflon. Ces paliers sont montés serrés dans leur logements respectifs. Comme pour la solution précédente (n°1), l’axe tourne également sur une pointe.

Solution n°3 : le montage avec roulements à billes

La liaison mécanique à réaliser est une liaison pivot.

Contraintes techniques :

Favoriser le roulement et résister au milieu ambiant (air marin, sable…)

Solution technique retenue

- Axe: inox
- 2 roulements à billes : inox

Caractéristiques:
L’idée consiste à remplacer le glissement avec frottement (solutions 1 & 2) par du roulement.

Les roulements à billes sont montés légèrement « serrés » sur l’arbre et ajustés avec jeu dans leurs logements. Notons que pour augmenter la sensibilité du capteur, il est préférable d’employer des roulements sans déflecteurs anti-poussières. Les roulements doivent être dégraissés. La graisse constitue, en effet, un piège à poussières, et par sa viscosité; contribue à freiner l’équipage en rotation. (montage roulements notice)

Remarque : enlever les caches de protection et dégraisser les roulements semblent être complètement « anti-mécaniques » mais toutes ces dispositions n’ont qu’un seul but: la satisfaction de l’utilisateur. Celui-ci se sentant frustré si son anémomètre ne lui indique pas la force infime du vent qui le décoiffe ! …

La solution N°2 a été choisie pour l’anémomètre Éole…

Pour guider en rotation le capteur, nous avons choisi la solution N°2  utilisant un axe en inox tournant dans deux paliers courts en Téflon (PTFE) et  prenant appui sur une butée de type « pierre horlogère » (corindon polycristallin). L’ensemble a été assemblé dans un tube en matière plastique (voir ci-contre). Cette solution donne entière satisfaction et la combinaison des différents matériaux correspond aux exigences du cahier des charges fonctionnel à savoir peu de frottements et une bonne résistance aux agressions extérieurs (eau, poussières, sable, sel…)

Autre montage utilisé par les fabricants d’anémomètres

Le montage entre-pointes
Le montage entre-pointes est une solution de guidage utilisée principalement pour les capteurs à axes horizontaux.

Caractéristiques:

Un axe conique aux deux extrémités tourne entre deux pierres (rubis, saphirs). Avec ce montage « horloger » utilisant une crapaudine (vis de réglage du jeu axial), la sensibilité du capteur est excellente. L’utilisation de pointes (cônes à 60° de faible diamètre) demande à ce que l’équipage mobile soit manipulé avec précaution.

Inconvénients :  Une partie du guidage  perturbe l’écoulement. Le capteur nécessite une orientation précise lors de la prise de mesure avec l’anémomètre.


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