La force nécessaire d’un vérin est une composante essentielle pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité d’un système pneumatique ou hydraulique

11 février 202511 février 2025BILLAUT Fabrice

La force nécessaire d’un vérin est une composante essentielle pour assurer le bon fonctionnement et la sécurité d’un système pneumatique ou hydraulique. Elle dépend directement de la pression appliquée sur le fluide et de la surface du piston qui reçoit cette pression. En fonction de l’application, le calcul de la force peut également inclure des considérations particulières, comme la différence de surface entre la tige et le piston pour un vérin à double effet. Voyons les différents éléments à prendre en compte pour calculer cette force.

1. Force d’un vérin : Principes de base

1.1 Relation fondamentale : La loi de la force

La force générée par un vérin est donnée par la formule : F =P × S

F est la force exercée par le vérin (en Newtons, N).
P est la pression appliquée sur le fluide (en bars, ou MPa, mais souvent exprimée en Pascals, Pa, dans les calculs techniques, sachant qu’1 bar = 100 000 Pa).
S est la surface du piston sur laquelle la pression s’exerce (en cm² ou m², avec 1 cm² = 10⁻⁴ m²).

Cette formule permet de déterminer la force exercée par le vérin dans une direction. Elle s’applique que ce soit dans le cadre d’un vérin simple effet ou double effet.

1.2 Vérins à simple effet vs. Vérins à double effet

Vérins à simple effet : La force est générée par la pression exercée sur une seule face du piston. Par conséquent, la force est relativement constante, en fonction de la pression et de la surface du piston.
Vérins à double effet : La force varie en fonction de la pression appliquée sur les deux faces du piston. Dans ce cas, il faut tenir compte de la différence de surface entre la tige du vérin et le piston, car la surface sur laquelle la pression agit lors de la course arrière est plus petite que celle sur la face avant.

2. Calcul de la force pour un vérin à double effet

Pour un vérin à double effet, la force nécessaire se calcule en tenant compte des deux chambres et des surfaces respectives sur lesquelles la pression agit. Le calcul de la force peut donc se diviser en deux étapes :

2.1 Force exercée lors de la poussée (course avant)

Lors de la course avant, la pression du fluide agit sur toute la surface du piston. La force dans cette position est calculée par la formule :

F poussee = P × S piston

Où :

S piston est la surface de la partie du piston qui est exposée à la pression.

2.2 Force exercée lors de la traction (course arrière)

Lors de la course arrière, la pression agit sur le piston mais la tige réduit la surface de contact avec le fluide. La force dans cette position est calculée par la formule : F traction = P× (S piston−S tige)

Où :

S tige est la surface de la tige qui est en contact avec le fluide.
S piston est toujours la surface totale du piston.

Ainsi, la force exercée lors de la traction est généralement plus faible que lors de la poussée, car la surface de contact avec le fluide est réduite par la section de la tige.

3. Exemple pratique : Calcul de la force pour un vérin à double effet

Prenons l’exemple d’un vérin à double effet avec les caractéristiques suivantes :

Pression du fluide : 6 bars (600 000 Pa)
Surface du piston : 30 cm² (soit 3 × 10⁻³ m²)
Surface de la tige : 10 cm² (soit 1 × 10⁻³ m²)

3.1 Force de poussée

Lors de la poussée, la pression agit sur toute la surface du piston : F poussee = 600000 Pa ×3×10−3 m² = 1800 N

3.2 Force de traction

Lors de la traction, la pression agit sur la surface restante, soit la différence entre la surface du piston et la surface de la tige :

F traction = 600000 Pa × (3×10−3−1×10−3) m²=1200 N

Ainsi, pour ce vérin à double effet, la force exercée pendant la course avant (poussée) est de 1800 N, tandis que la force exercée pendant la course arrière (traction) est de 1200 N, en raison de la réduction de la surface de contact.

4. Influence de la pression et de la surface du piston

Il est important de noter que la force exercée par un vérin dépend à la fois de la pression du fluide et de la surface du piston. Voici quelques points clés :

4.1 Pression

Une augmentation de la pression du fluide génère une force proportionnellement plus importante. Cependant, il est important de noter que la pression ne doit pas excéder la capacité de conception du vérin, car des pressions trop élevées peuvent entraîner des risques de rupture ou de défaillance du système.

4.2 Surface du piston

Une plus grande surface de piston permettra de générer une force plus élevée à pression égale. Le choix de la surface du piston doit donc être adapté aux besoins spécifiques de l’application, en fonction des forces nécessaires pour déplacer ou maintenir une charge.

4.3 Différence de surface dans les vérins à double effet

Les vérins à double effet, bien qu’ils puissent théoriquement offrir des forces de poussée et de traction égales, présentent une différence en raison de la présence de la tige. Cela doit être pris en compte lors du dimensionnement du vérin, en particulier dans des applications où la précision des mouvements ou des forces est essentielle.

Le calcul de la force nécessaire pour un vérin dépend de plusieurs facteurs : la pression du fluide, la surface du piston et, dans le cas des vérins à double effet, la différence de surface entre le piston et la tige. Bien dimensionner ces paramètres est crucial pour garantir une performance optimale, éviter l’usure prématurée et minimiser la consommation d’énergie.

En résumé, le dimensionnement correct d’un vérin repose sur une bonne compréhension des forces à générer, des besoins en termes de mouvement et des contraintes liées à l’application spécifique. Un mauvais choix ou un dimensionnement inapproprié peut entraîner des inefficacités ou des défaillances du système, c’est pourquoi une étude préalable est indispensable avant toute installation.

Les vérins pneumatiques et hydrauliques sont des composants incontournables dans l’automatisation industrielle. Bien comprendre leur fonctionnement, leur sélection et leur entretien permet d’améliorer la performance des systèmes et d’optimiser leur durée de vie. Dans les prochains articles, nous approfondirons des sujets spécifiques tels que le réglage des vitesses, le choix entre pneumatique et hydraulique, ainsi que les innovations technologiques dans le domaine.

En somme, l’ingénierie des fluides industriels est une discipline importante et diversifiée qui joue un rôle clé dans de nombreuses industries. Elle nécessite une expertise technique et une connaissance approfondie des systèmes de circulation des fluides, de la thermodynamique, de la mécanique des fluides, de la régulation et du contrôle des processus, ainsi que de la sécurité.

Notre blog est une ressource complète pour tout ce qui concerne les fluides industriels. Nous vous encourageons à explorer nos articles, nos guides pratiques et nos ressources de formation pour approfondir vos connaissances et améliorer vos performances énergétiques. N’hésitez pas à nous contacter pour bénéficier de nos services d’ingénierie personnalisés ou pour trouver les produits dont vous avez besoin via notre site de commerce en ligne. Ensemble, nous pouvons aller plus loin dans l’apprentissage et réaliser des économies d’énergie significatives. Contactez-nous dès aujourd’hui à l’adresse suivante :

billaut.fabrice@gmail.com

Lien : Hydraulique et Graissage

Lien pour achats :