Tolérances techniques : définition, types et ajustements

Qu’est-ce que la tolérance technique ?

La tolérance en ingénierie ou la tolérance d'ingénierie est la variation acceptable d'une mesure spécifique par rapport à la mesure de base ou aux dimensions assignées. Les tolérances peuvent s'appliquer à différentes unités, notamment la tension, le volume, le poids, le courant, la température, etc. Cependant, les tolérances en ingénierie s'appliquent aux dimensions angulaires, linéaires et autres dimensions physiques associées au dessin technique.

Aucune méthode de fabrication n’est parfaite, car chaque pièce produite est soumise à des tolérances techniques spécifiées. Cette tolérance fournit une variation admissible de dimension et de géométrie, avec laquelle le fabricant doit travailler en étroite collaboration.

Par exemple, si vous devez concevoir un tamis pour éliminer les cailloux de 4.5 mm des cailloux de 3.5 mm. Il serait préférable de le concevoir de manière à ce que les petits cailloux tombent à travers les trous tout en retenant les plus gros morceaux sur le tamis. La taille des plus grosses roches varie entre 4.3 mm et 4.7 mm, tandis que la taille des petits cailloux varie entre 3.3 mm et 3.7 mm.

Vous pouvez définir une valeur nominale de 3.8 mm pour le diamètre du trou afin de garantir que seuls les petits cailloux tombent tandis que les plus gros restent sur le tamis. Cependant, vous pouvez ajouter une limite supérieure de +0.3 mm et une limite inférieure de -0 mm pour garantir que les trous conservent une plage de tolérance comprise entre 3.8 mm et 4.1 mm.

Types de tolérances en ingénierie

Les fabricants de produits et les ingénieurs utilisent une large gamme de types de tolérances mécaniques pour définir le degré de variation autorisé des dimensions d’un composant. Ces types de tolérances techniques fournissent un aperçu précis des exigences de fabrication et des fonctionnalités prévues. Vous trouverez ci-dessous les types typiques de tolérances en ingénierie :

Tolérances Dimensionnelles

Les tolérances dimensionnelles font référence à l'écart admissible dans la taille d'un composant. C'est la base du génie mécanique. La taille maximale est la valeur maximale autorisée, tandis que la valeur minimale est la dimension minimale.

La valeur absolue de la différence algébrique entre la taille limite supérieure minimale et la taille limite supérieure maximale est appelée « tolérance ». C'est aussi la valeur absolue de la différence algébrique entre les écarts inférieur et supérieur.

La tolérance est généralement une valeur numérique sans signe moins (-) ou plus (+) et ne peut pas être un zéro (0). La taille de la tolérance dimensionnelle détermine le niveau de précision dimensionnelle dans le cas d'une taille de base constante. La tolérance spécifiée indique les exigences de précision de fabrication et le degré de difficulté d'usinage.

• Valeur nominale

La valeur nominale est la dimension fondamentale souvent fournie sur un dessin technique. Les fabricants doivent s'en tenir à la valeur nominale s'il n'y a pas de tolérances spécifiques. Cependant, certains écarts peuvent survenir en raison de l'influence des capacités d'usinage, de la compétence du machiniste, de la configuration de la machine, etc.

• Écart supérieur

L’écart supérieur est l’opposé direct de l’écart inférieur. Une fois ajouté, il indique à quel point la mesure de vos pièces usinées peut être plus grande par rapport à la valeur nominale. Ainsi, la mesure finale peut varier de 100 à 100.5 mm en fonction de la tolérance indiquée sur le dessin.

• Écart inférieur

L'inclusion d'un écart inférieur dans votre dessin montre au fabricant à quel point la mesure de vos pièces peut être plus petite. De plus, cet écart est marqué du signe « - ». Une mesure comprise entre 99.5 et 100 mm est acceptable. Tout ce qui est supérieur ou inférieur à ladite mesure n'est pas dans les limites fixées.

• Déviation bilatérale

L'écart bilatéral est une autre façon de donner à votre fabricant de produits une plage de tolérance préférée. Ici, la variation admissible est indiquée des deux côtés de la valeur nominale. En tant que tel, cela permet un écart par rapport à la valeur nominale dans les sens négatif et positif. Ce type de déviation est idéal lorsqu’il n’y a aucune préférence pour une déviation dans une direction spécifique.

Par exemple, le dessin indique 99.75 comme dimension minimale acceptable et 100.25 mm comme dimension maximale acceptable. Par conséquent, l'écart total admissible ou marge d'erreur est de ±0.5 mm mais peut s'écarter de 0.25 mm par rapport à la valeur nominale.

Tolérances générales

Les tolérances générales peuvent être incluses dans un dessin technique sous forme de tableau ou de note (par exemple, « ISO 2768-m ») quelque part sur le dessin. Ces tolérances sont applicables dans différentes conditions telles que les hauteurs de chanfrein, les dimensions linéaires, le rayon extérieur, les dimensions angulaires, etc.

ISO 2768 est un exemple de degré de tolérance international couramment utilisé en Europe. La norme Y14.5 de l'ASME est la variante américaine de la même norme de tolérance générale, mais n'englobe pas les tolérances générales.

Cependant, quelle est l’interprétation de la note « ISO2768-m » sur un dessin technique ?

La note informe le fabricant d'utiliser la classe de tolérance m (moyenne) lors de la fabrication des pièces. Elle s'applique à toutes les dimensions sauf indication contraire du client sur le dessin. Par conséquent, une tolérance spécifiée lors de la conception d’un trou remplace les exigences générales de tolérance.

Vous trouverez ci-dessous un tableau des dimensions linéaires pour plus d'explications :

Comme vous pouvez le constater dans le tableau ci-dessus, l'écart admissible est de +/- 0.2 mm si une dimension linéaire est comprise entre 6 et 30 mm selon la colonne m (moyenne). De plus, +/- 0.8 est la tolérance admissible pour les dimensions comprises entre 400 et 1000 25.2 mm. Par conséquent, 25 mm sont autorisés pour une coupe de 599.2 mm, tandis que 600 sont autorisés après la valeur nominale standard de XNUMX mm.

GD&T

Le dimensionnement et le tolérancement géométriques (GD&T) sont un système supérieur et plus complexe qui ajoute un autre aspect aux bases des tolérances d'ingénierie. Il s’agit d’une manière universellement normalisée d’indiquer les exigences de conception, même si elle s’avère initialement intimidante et complexe.

GD&T décrit les tolérances géométriques des pièces d'ingénierie à l'aide de références intégrées aux pièces. Il rappelle les caractéristiques géométriques précises de la pièce sur laquelle s'appliquent les tolérances. GD&T va au-delà des dimensions et tolérances standard (SD&T) en couvrant les caractéristiques géométriques, notamment la concentricité, la planéité et la position réelle.

Convient à

Les produits d'ingénierie peuvent parfois faire partie d'un assemblage qui doit s'emboîter ou se glisser les uns dans les autres pour fonctionner. En tant que tel, un ajustement concerne les relations dimensionnelles partagées par les composants d’un assemblage ou le trou avec la même taille de base et la même zone de tolérance de l’arbre. Il détermine si les composants sont serrés ou desserrés.

Diverses options sont impliquées dans l'accouplement de l'arbre et du trou, et elles nécessitent souvent les tolérances mécaniques appropriées pour obtenir le bon ajustement. D'autres facteurs, tels que la facilité d'assemblage, les conditions environnementales dominantes et la précision requise, sont fondamentaux pour l'ingénierie des composants à assembler.

Types courants d'ajustements

Selon l'ISO, il existe différents types d'ajustement en construction mécanique. Chaque ajustement est adapté à des circonstances différentes. Vous trouverez ci-dessous ces types d'ajustement :

Coupe de dégagement

Un ajustement avec jeu est conçu pour les situations qui nécessitent un accouplement lâche et un mouvement libre des composants. Ils conviennent donc à la fabrication de produits dans lesquels les composants de leur assemblage doivent coulisser facilement. De plus, les ajustements à jeu prennent en charge le mouvement relatif entre deux composants assemblés dans un assemblage.

Le diamètre de l'arbre est généralement plus petit que le trou, ce qui entraîne deux conditions. L'un est le jeu minimum dans lequel le diamètre de l'arbre est plus élevé tandis que le trou a le diamètre minimum. Deuxièmement, un jeu maximum dans lequel le trou porte le diamètre maximum tandis que l'arbre a le diamètre minimum.

Fit interférence

L'ajustement par interférence (également appelé ajustement par friction ou ajustement par pression) facilite l'assemblage de deux composants en les poussant l'un contre l'autre. La fixation s'effectue à l'aide de différents mécanismes, tels qu'une force importante pour l'ajustement physique. En outre, le mécanisme décide des différentes catégories d’ajustements d’interférence à utiliser. Le montage à force d'un roulement dans un boîtier est un bon exemple d'ajustement serré.

L’interférence maximale est la différence entre la taille minimale du trou et la taille maximale de l’arbre. De même, l'interférence minimale est la différence entre la taille minimale de l'arbre et la taille maximale du trou.

Ajustement de transition

Les ajustements de transition fournissent un équilibre entre les ajustements serrés et les ajustements avec jeu. Ils conviennent aux situations où la précision de fabrication est une priorité. Par exemple, ces ajustements sont parfaits pour les assemblages où les pièces d'accouplement doivent être connectées avec une plus grande précision.

Un bon exemple est l’installation d’un piston dans un cylindre. Le diamètre du piston est inférieur à l'alésage du cylindre, ce qui crée un jeu mineur pour faciliter l'assemblage tout en garantissant suffisamment d'interférences pour une fixation et une stabilité appropriées.

Les ingénieurs produits et les machinistes appellent souvent cela un ajustement par glissement ou un ajustement par poussée. De plus, les ajustements de transition possèdent un jeu mineur, garantissant un assemblage simplifié tout en offrant une certaine interférence pour améliorer l'équilibre et la stabilité. En tant que tel, il est évident que l’ajustement de transition constitue la solution d’ingénierie idéale lorsque votre conception nécessite une connexion sécurisée et un assemblage facile.

Considérations utiles pour l'établissement de tolérances en génie mécanique

Étant donné que les tolérances sont essentielles pour déterminer les propriétés physiques des pièces lors prototypage ou la production, il est crucial de bien les faire. Voici quelques considérations utiles que les ingénieurs et les concepteurs de produits doivent prendre en compte lors de la définition d'un tolérancement précis :

Erreur de mesure

Un ingénieur produit ne peut pas garantir qu'un opérateur de machine créera des pièces usinées conformément aux mesures spécifiées dans le dessin. De plus, un machiniste ne peut pas prédire comment les pièces de la machine vont interagir, même si elles ne sont pas censées le faire.

Les ingénieurs utilisent généralement une formation en CAO 3D pour créer une plage de tolérance qui tient compte de tout problème de fabrication, quel que soit son écart par rapport aux dimensions requises. Par conséquent, l’erreur de mesure est cruciale puisqu’une conception devient défectueuse sans un ajustement approprié.

Analyse de tolérance

L'analyse des tolérances est une approche stratégique pour comprendre comment les défauts des pièces et de l'assemblage entravent la capacité globale du produit final. Deux outils d'analyse différents sont impliqués dans l'analyse des tolérances : l'analyse du pire cas et l'analyse statistique.

L'analyse de tolérance dans le pire des cas (haut-bas ou déterministe) définit les variables individuelles à leurs limites de tolérance pour déterminer la variation maximale attendue dans les mesures finales. D'un autre côté, l'analyse statistique de la tolérance prédit la variation anticipée d'un résultat en fonction de la variation d'un ensemble d'entrées.

Cependant, vous pouvez apporter des modifications critiques à votre modèle 3D, car certains cours de dessin CAO expérimentent la tolérance numérique, en utilisant une définition basée sur un modèle pour annoter des conceptions assistées par ordinateur avec des instructions de tolérance.

Expérimenter avec les tolérances

Un plan d'expérience est un plan conçu à des fins de collecte d'informations en raison de l'existence de variations dans le monde de la tolérance technique. Il s’agit généralement d’une expérience contrôlée utilisant différentes variables qui pourraient influencer la qualité et le bon fonctionnement du produit d’ingénierie dans la plupart des situations.

Par exemple, vous devrez peut-être exposer les pièces de votre machine à la chaleur pour déterminer si vous devez tenir compte de la dilatation dans votre conception. Vous devrez peut-être également envisager tout finition de surface destiné au produit final, ce qui pourrait affecter la tolérance, même d'une simple décimale.

Une entreprise manufacturière peut suivre une tolérance standard de trois décimales lors de la fabrication d’une pièce de machine. Par conséquent, un arbre construit pour une taille unique peut malheureusement être plus grand ou plus petit de trois décimales et ne pas pouvoir s'insérer dans un assemblage.

Pour éviter ces problèmes, votre partenaire de fabrication doit disposer d'un moyen standard de vérification des dimensions non tolérées. De plus, l'ajustement est l'un des composants les plus critiques en termes de tolérance, et les calculs de tolérance appropriés garantissent que la conception s'adaptera et fonctionnera comme prévu.

Conclusion

Les tolérances techniques sont fondamentales pour l’ajustement et la fonction de votre conception. Il indique la variation acceptable avant qu'une dimension ou une valeur nominale ne soit considérée comme déplacée. Par conséquent, l’établissement de tolérances techniques est essentiel pour éviter les échecs de conception ou les écarts inacceptables dans les mesures finales d’une pièce.

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