Le vérin pneumatique : ce qu'il y a dedans, et comment on change ses joints

Ce que fait un vérin

Le vérin transforme l'énergie pneumatique (l'air comprimé) en énergie mécanique : un mouvement en ligne droite, avec un effort. C'est un actionneur.

Il ne décide de rien : c'est le distributeur, le préactionneur, qui envoie l'air d'un côté ou de l'autre. Et ce qui touche la pièce au bout de la tige (une pince, une ventouse, un poussoir) s'appelle l'effecteur.

Alésage et course : deux nombres, lus sur la référence

Un vérin se décrit avant tout par deux nombres, tous les deux en millimètres :

Mot	Ce que c’est	Sur le dessin
Alésage	Le diamètre intérieur du tube : le trou dans lequel glisse le piston. C’est le « calibre » du vérin	La flèche bleue
Course	La distance parcourue par la tige, de « tige rentrée » à « tige sortie »	La flèche orange

L’alésage décide de l’effort : plus le piston est large, plus il pousse fort avec la même pression. La force vaut F = P × S, avec S = π × D² ÷ 4. À 6 bar :

Alésage	16	32	50	63	80	100
Poussée théorique (N)	121	483	1 178	1 870	3 016	4 712

La course décide de l’amplitude du mouvement : combien la tige avance. Elle ne change pas l’effort.

On ne mesure presque jamais : on lit la référence

Tout vérin porte sa référence : gravée ou collée sur le tube ou sur le fond. Dans cette référence, l’alésage et la course sont écrits, en millimètres, souvent l’un après l’autre. Chaque constructeur a sa façon d’écrire, mais les deux nombres y sont toujours :

Constructeur	Référence	Alésage	Course
Festo	DSBC-50-100-PPSA-N3	50 mm	100 mm
Festo	DNC-80-250-PPV-A	80 mm	250 mm
SMC	CP96SDB50-100	50 mm	100 mm
SMC	CDQ2B32-25DZ	32 mm	25 mm
Parker	P1D-S040MS-0160	40 mm	160 mm
Norgren	PRA/802050/M/100	50 mm	100 mm
Camozzi	61M2P050A0100	50 mm	100 mm
Airtac	SC63X200	63 mm	200 mm
Bosch Rexroth (hydraulique)	CDT3MP5/100/56/200	100 mm	200 mm (tige de 56)

Ces références montrent la forme, pas une garantie. Le catalogue du constructeur donne toujours la clé de la désignation : il dit ce que chaque morceau signifie (série, alésage, course, amortissement, aimant…). Avant de commander un vérin, on la lit dans le catalogue.

Pour un vérin hydraulique, la désignation donne trois nombres : alésage / diamètre de tige / course. Ici 100 / 56 / 200.

Pourquoi 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125…

Les alésages ne sont pas choisis au hasard. Les vérins ISO 15552 ont pour alésage 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 et 320 mm ; les vérins ISO 6432 (ronds, petits) : 8, 10, 12, 16, 20 et 25 mm. Chaque nombre vaut environ 1,25 fois le précédent. C’est la série de Renard : en 1877, un officier français, Charles Renard, qui construisait des ballons dirigeables, réduit de 425 à 17 les types de câbles de l’armée en les rangeant dans une progression régulière. Cette idée sert aujourd’hui à tout ce qui se fabrique en séries : câbles, vis, roulements, vérins.

Conséquence très utile : deux vérins de marques différentes, de même norme, même alésage, même course et même fixation sont interchangeables. On peut donc remplacer un Festo par un SMC, un Parker ou un Norgren.

Quand il faut quand même mesurer

Si la référence est illisible (peinte, rayée, étiquette arrachée) :

• la course : on mesure la longueur de tige sortie, puis rentrée, et on fait la différence ;
• l’alésage : on mesure le diamètre intérieur du tube, vérin démonté, au pied à coulisse (becs intérieurs), puis on cherche le nombre normalisé le plus proche dans la liste ci-dessus.

Simple effet ou double effet

	Simple effet	Double effet
Orifices	un seul	deux : un à l'arrière, un à l'avant
La tige sort	par l'air	par l'air, orifice arrière
La tige rentre	par un ressort	par l'air, orifice avant
Sur le symbole	un ressort dessiné dans la chambre	deux orifices, pas de ressort

Pour reconnaître le tien : compte les orifices. Deux orifices, c'est un double effet.

Ce qu'il y a dedans

Pièce	Rôle
Tube (aluminium)	l'alésage où glisse le piston ; son diamètre intérieur, c'est l'alésage du vérin
Fond arrière et fond avant (le nez)	ils ferment le tube et portent les orifices
Tirants	ils serrent les deux fonds contre le tube
Piston	il reçoit la pression ; il porte les joints, la bague de guidage et l'aimant
Tige	elle transmet l'effort ; ses méplats servent à la tenir à la clé
Joints à lèvres du piston	l'étanchéité entre les deux chambres
Bague de guidage	elle centre le piston, sans frottement métal contre métal
Aimant	il fait commuter les capteurs à travers le tube
Joint de tige et joint racleur	l'étanchéité de la tige, et son nettoyage quand elle rentre
Joints toriques des fonds	l'étanchéité entre les fonds et le tube

Joints statiques, joints dynamiques

• Un joint statique ne bouge pas : les joints toriques entre les fonds et le tube. Il est écrasé au serrage.
• Un joint dynamique frotte sur une pièce qui bouge : les joints à lèvres du piston, le joint de tige. C'est eux qui s'usent.

Un joint dynamique usé fait une fuite interne (l'air passe d'une chambre à l'autre : la tige force mal, et ça souffle à l'échappement) ou une fuite externe (l'air fuit le long de la tige).

Pour sortir un joint de sa gorge, on ne prend jamais appui sur une portée d'étanchéité ni sur une lèvre : une rayure sur une portée, c'est une fuite définitive.

Le joint à lèvre se monte face à la pression

La lèvre d'un joint doit regarder la chambre où arrive l'air. La pression entre dans le creux de la lèvre et la plaque contre le tube : plus il y a de pression, mieux ça étanche. C'est un parachute qui se gonfle.

Montée à l'envers, la pression pousse la lèvre du mauvais côté : elle se soulève, l'air passe dans l'autre chambre, et la tige force mal.

Sur un piston de double effet, il y a donc deux lèvres, dos à dos, chacune tournée vers sa chambre.

La technique pour rentrer le piston sans abîmer les lèvres : engager le piston à moitié dans le tube, positionner le premier joint, le faire entrer dans l'alésage, puis glisser le second joint et pousser l'ensemble. Voir la vidéo.

L'amortissement réglable

En fin de course, un tampon du piston entre dans un alésage du fond, garni d'un joint d'amortissement. L'air qui reste dans la chambre ne peut plus sortir librement : il ne passe plus que par un petit canal, réglé par une vis de réglage. Le piston ralentit juste avant de toucher le fond.

• Vis fermée : le piston ralentit beaucoup, il arrive en douceur, parfois trop lentement.
• Vis grande ouverte : pas d'amortissement, le piston frappe le fond. Le bruit, les chocs et l'usure augmentent.

On règle pour que le piston arrive sans choc, sans rebond, et sans traîner.

L'aimant et les capteurs

Le piston porte un aimant permanent en anneau. Le tube est en aluminium, qui n'est pas magnétique : le champ de l'aimant le traverse. Les capteurs (ILS ou magnétorésistifs) glissés dans la rainure du tube commutent quand l'aimant passe dessous. L'automate sait ainsi si la tige est rentrée ou sortie.

Pour commander un vérin de rechange « à détection magnétique », il faut donc vérifier que son piston est équipé d'un aimant.

Serrer les tirants au bon couple

On repère d'abord l'alésage : on le lit dans la référence du vérin (voir plus haut : un vérin « 32 » a un alésage de 32 mm), et on ne le mesure au pied à coulisse que si la référence est illisible. La notice du constructeur donne le couple de serrage pour cet alésage.

On approche les vis à la main, puis on serre en croix, à la clé dynamométrique, jusqu'à ce qu'elle déclenche : les fonds se plaquent bien à plat, et les joints toriques s'écrasent partout pareil.

Les unités : 1 daN·m = 10 N·m. Une clé réglée en daN·m sur « 0,5 » serre à 5 N·m.

La durée de vie, en kilomètres de tige

Un constructeur donne souvent la durée de vie d'un vérin en distance parcourue par la tige, par exemple 100 km. Pour la traduire en cycles, il faut se souvenir qu'un cycle, c'est un aller et un retour : la tige parcourt deux fois la course.

Exemple : course 100 mm. En un cycle, la tige parcourt 2 × 100 = 200 mm. Pour 100 km, soit 100 000 000 mm : 100 000 000 ÷ 200 = 500 000 cycles.

Si le vérin fait un cycle toutes les 30 secondes, 7 h par jour et 200 jours par an : 7 × 3 600 ÷ 30 = 840 cycles par jour, × 200 = 168 000 cycles par an. 500 000 ÷ 168 000 ≈ 3 ans.

Lire un raccord : G1/4

• G : un filetage gaz, cylindrique (norme ISO 228). C'est le filetage des orifices des vérins et des distributeurs en Europe.
• 1/4 : une taille en pouces, héritée de la taille des tubes. Ce n'est pas le diamètre du filetage : un G1/4 mesure environ 13 mm sur le filet, pas 6,35 mm (1/4 de pouce).

Le G est cylindrique : l'étanchéité se fait par un joint (une rondelle, un joint torique sous la collerette), pas par le filet. À ne pas confondre avec le R, conique, qui étanche en se serrant dans le filet.

Retrouver la taille d'un raccord au pied à coulisse

Le « 1/4 » ne se mesure pas : on mesure un diamètre en millimètres, et on cherche la ligne la plus proche dans le tableau.

• Raccord mâle : on mesure le diamètre extérieur, au sommet des filets, avec les becs extérieurs du pied à coulisse. 13,1 mm → G1/4.
• Orifice femelle : on mesure le diamètre intérieur, au sommet des filets intérieurs, avec les becs intérieurs. 11,4 mm → G1/4.

Un filet usé mesure un peu moins que la cote de la norme : on prend la ligne la plus proche. Pour confirmer, on compte les filets : 19 filets sur un pouce (25,4 mm), c'est un G1/4 ou un G3/8 ; le diamètre tranche.