De nombreux problèmes mécaniques dans la construction de machines sont causés par des conceptions statiquement hyperstatiques. En effet, un système qui n’est pas statiquement déterminé réagit de manière extrêmement sensible aux tolérances de la structure de support. Chez LM Systems, nous constatons souvent que des composants sont soumis à des charges plus élevées que nécessaire, parce que la conception se contrarie elle-même. En optant délibérément pour une conception statiquement déterminée, vous garantissez une précision de fonctionnement prévisible et un coût total de possession (TCO) plus faible. Vous construisez ainsi une machine qui nécessite moins de maintenance et offre une durée de vie plus longue.
Définition d’un système statiquement déterminé
En mécanique, on parle d’un système statiquement déterminé lorsque le nombre de forces de réaction inconnues est égal au nombre d’équations d’équilibre disponibles. Cela signifie que la structure dispose exactement du nombre de supports nécessaire pour rester stable, sans introduire de contraintes redondantes. Lorsqu’une construction comporte plus de liaisons que requis, elle est dite statiquement hyperstatique. Bien que cela puisse sembler plus rigide, cette situation entraîne souvent, en pratique, d’importantes difficultés lors du montage.
Les risques d’une conception hyperstatique
Lorsqu’un guidage linéaire est monté sur une surface qui n’est pas parfaitement plane, un système hyperstatique génère immédiatement des forces élevées. Les chariots et les rails tentent de compenser les irrégularités, mais faute de liberté de mouvement, le frottement augmente fortement. Cela se traduit par une force d’entraînement plus élevée et une usure irrégulière des chemins de roulement. De plus, la dilatation thermique peut provoquer le coincement d’un composant de machine entre deux points fixes. Une conception statiquement déterminée empêche que de telles variations ne conduisent à une accumulation de contraintes et à des charges indésirables sur le mouvement.
Comment concevoir de manière statiquement déterminée en pratique
L’application de ce principe nécessite une analyse critique des degrés de liberté de vos composants. Un exemple bien connu est l’utilisation d’un côté fixe et d’un côté libre lors du montage d’axes ou de guidages. Un côté reprend les efforts latéraux, tandis que l’autre supporte uniquement la charge verticale et peut, respirer, latéralement. Une autre méthode consiste à utiliser des rotules ou des paliers oscillants qui autorisent de faibles désalignements angulaires. Cela permet d’éviter des moments de flexion qui solliciteraient autrement les roulements.
Avantages pour la durée de vie globale
L’adoption de cette méthode de conception offre des avantages clairs pour les performances de votre machine. Dans la pratique, chez LM Systems, nous constatons que les systèmes conçus de cette manière présentent un comportement de couple beaucoup plus constant. En outre, vous bénéficiez des points suivants :
- Une sensibilité réduite aux tolérances des bâtis de machines fabriqués
- Un montage plus rapide, car les composants n’ont pas besoin d’être contraints en position
- Une durée de vie calculée des composants linéaires plus proche de la réalité
- Une lubrification plus efficace grâce à une répartition uniforme des pressions sur les billes ou les rouleaux
- Des économies sur l’usinage de finition des surfaces de montage, le système tolérant de légères variations
Solutions sur mesure et support en ingénierie
Dans certains cas, la rigidité requise d’une machine impose une conception théoriquement hyperstatique. Dans de telles situations, il est essentiel de travailler avec des tolérances précises et des surfaces de montage soigneusement usinées. Nos ingénieurs vous accompagnent dans ces choix. Nous pouvons, par exemple, fournir des guidages linéaires avec des précharges ou des revêtements spécifiques permettant de maîtriser certaines conditions de charge. En collaborant dès les premières phases de conception, nous réduisons les risques de complications ultérieures lors de la mise en service.
Travaillez-vous actuellement sur une nouvelle conception et souhaitez-vous vous assurer que votre structure est statiquement déterminée ? Évitez des coûts inutiles dus à une usure excessive ou à des phénomènes de coincement et faites appel à notre expertise. Nous mettons notamment à votre disposition les calculs et les modèles 3D nécessaires à votre projet. Contactez-nous pour plus d’informations.