23/02/2015

Traité de construction horlogère

17121379-rusty-mechanism-in-the-old-clock.jpgDepuis le début des années 1960, la technique horlogère a évolué très rapidement et de manière fondamentale, avec notamment l’apparition de montres électroniques, l’ajout et l’amélioration de nombreuses fonctions aux montres mécaniques, l’apparition de nouveaux matériaux et le perfectionnement des méthodes d’analyses.



Si aujourd’hui les montres électroniques dominent largement le marché mondial, cet ouvrage consacre une place nettement plus importante aux montres mécaniques. En effet, il est le reflet des compétences suisses en matière d’horlogerie où en 2010 encore, la part des montres mécaniques représentait plus de 70% de la valeur des exportations du pays.

D’une manière générale, la globalisation des marchés accroît la concurrence entre les acteurs, ainsi que les dangers de délocalisation. Dès lors, le savoir-faire et la capacité d’innovation d’une entreprise sont essentiels pour maintenir la qualité et l’image de marque. Ce livre souhaite contribuer à augmenter le niveau de qualification des horlogers, du technicien à l’ingénieur.

Etude de la construction

978-2-88074-883-8.pngLa modification ou la création d’un nouveau produit est un problème à résoudre qui comporte beaucoup de contraintes, tant techniques, que financières ou esthétiques.
L’idée étant formalisée, le premier travail, avant la construction proprement dite, consistera à concrétiser les données du problème. Pour ce faire, il faudra faire certaines recherches permettant de réunir le plus de documentation possible tant au point de vue technique (brevets) que commercial. Plus ces travaux de préparation sont effectués soigneusement et de manière systématique, plus les erreurs d’incompréhension ou de mauvaise interprétation seront évitées par la suite.




Plan de travail de la construction

Construction

Lors de la construction, on tiendra compte des principes généraux suivants:
-En vue de la première décision de principe, n’esquisser que ce qui est absolument
indispensable à la compréhension du projet.
-Toujours commencer la conception dans la région où le degré de liberté est le plus
faible.
-Lors de la construction de mécanismes compliqués où les fonctions sont sujettes à
discussion, ne pas hésiter à utiliser un moyen permettant de représenter les formes (découpe des pièces fonctionnelles dans du carton épais ou du plexiglas, simulation avec un système informatique, etc.). Le temps passé à ce travail sera largement rattrapé lors de la fabrication des outils de production.

La construction comprendra au minimum les plans généraux suivants:
-la vue en plan de dessus;
-la vue en plan de dessous;
-la coupe générale du mouvement: un mouvement simple est généralement présenté cadran bas, un mouvement avec planche ou complication additionnelle
montée côté cadran étant présenté cadran haut;
-une représentation 3D, selon la capacité du logiciel utilisé.

En faisant ces plans on sera tout particulièrement attentif aux points suivants:
-le choix des éléments (si possible normalisés NIHS, etc.);
-l’étude des pièces interchangeables;
-le choix définitif des dimensions des composants;
-la fixation des pièces principales;
-les problèmes posés par la fabrication et le parc des machines.

REMARQUE. Par convention, les coupes et sections seront réalisées avec les ébats en haut (comme si la gravité agissait sur les plans!).

Dessin

Une nouvelle construction implique de nombreux plans qui devront être tenus à jour durant toute la vie du produit:
-plans de détails;
-plans de contrôle;
-plans de fabrication (plan d’opérations, cotes, tolérances et ajustements).

Logistique

La logistique nécessite également de nombreux documents:
-numérotation des plans;
-liste des plans et des pièces;
-liste de distribution et contrôle des plans;
-liste des matières.

Caractéristiques précisées

Dans le cas d’un mouvement de montre, le constructeur recevra les instructions accompagnant la documentation réunie lors d’une investigation préalable par le service marketing, soit:
-type de mouvement;
-forme et dimensions extérieures du mouvement demandé;
-qualité, précision, fiabilité exigées;
-prix de revient souhaité;
-mécanisme additionnel, tel que seconde au centre, stop-seconde, automatique,
quantième, quantième avec jour, chronographe, réveil, etc.

Caractéristiques non précisées

Ce sont toutes les dimensions, matières et autres caractéristiques qui n’ont pas d’influence directe sur les fonctions ou l’aspect esthétique du produit terminé, soit:
-genre de mouvement (grande moyenne décentrée, seconde au centre directe ou
indirecte, etc.);
-fréquence de l’oscillateur ;
-durée de marche;
-choix des matières et qualité des pièces;
-forme, dimensions et précision des pièces;
-accessibilité et visibilité des pièces;
-nombre de pièces constitutives.

Précision des dimensions

De manière conventionnelle, les dimensions sont données en mm avec les ordres de précision suivants:
-modules: exprimés avec 4 décimales (dimensionnement des fraises);
-diamètres, distances de centres et entraxes: 3 décimales;
-sécurités: 2 décimales;
-tolérances: exprimées en μm.

Schéma d’une montre mécanique

En général, les différentes fonctions de la montre mécanique peuvent être décrites par le schéma bloc de la figure 10.1. Les rendements des parties fonctionnelles sont estimés à la figure 10.2.

Variantes de conception

Nous décrivons ici la position des différents mobiles en fonction du type de mouvement. Celui-ci est déterminé en fonction de la minute et de la seconde qui peuvent être directes ou indirectes.
Directe veut dire que le mobile se situe sur la ligne de force du barillet-échappement. Le mobile subit continuellement la poussée du barillet et ne présente par conséquent pas de jeu d’engrenage.
Indirecte signifie que le mobile est en dehors de la ligne de force barillet-échappement et qu’il ne transmet donc pas l’énergie plus loin. Le mobile a un léger jeu.

Marche à suivre

-Dessiner empiriquement la grandeur des roues selon la forme du mouvement et prévoir les emplacements des pieds, des vis et des assises de ponts suffisants. Etablir en même temps une coupe sommaire permettant une hauteur maximale du ressort de barillet.
-Calculer un rouage correspondant aux grandeurs dessinées. Il faut admettre des pignons de minimum 8 dents, éventuellement 7 dents, voire même 6 dents pour les petits mouvements.
-Contrôler les diamètres des roues calculés sur la coupe et la vue en plan. Vérifier que les roues ne coupent pas un mobile, contrôler le jeu en hauteur entre les roues et le jeu radial entre roues et tigerons. Une valeur typique de 0,15 mm de sécurité est nécessaire.

REMARQUE. Dans toutes les descriptions, nous avons choisi de représenter les plans de la montre avec les aiguilles (ou côté cadran) dessinées dessous. Ceci s’explique par le fait que la montre, d’un point de vue horloger, se démonte côté ponts, qui sont donc vus de dessus.

Mouvement à minute directe sans seconde

Bien que le mouvement (dont on trouve le schéma de principe à la figure suivante) soit sans seconde, le nom des roues ne change pas et nous aurons donc une roue de seconde, mais celle-ci ne portera pas d’aiguille.
La position et la vitesse de la roue de seconde ne sont pas limitées. On peut donc choisir la position du rouage et le nombre de dents les plus favorables. Les rapports d’engrenage ne doivent pas être trop différents entre eux afin que les pignons soient les plus nombrés et les modules les plus grands possibles.
La chaussée, la minuterie et le renvoi passent toujours à côté du barillet.

Mouvement à minute directe et seconde directe décentrée

On trouve le schéma de principe de ce mouvement à la figure suivante. La position et la vitesse de la roue de seconde sont déterminées. Elle se trouve en général sur l’un des axes de coordonnées et le plus souvent à 6 h. La distance centre-seconde est donnée par la grandeur du cadran de seconde.

Le mouvement doit répondre aux paramètres suivants:
-la roue de centre seule, si possible, doit passer sur le barillet ce qui permet une
hauteur de ressort maximale;
-la roue moyenne doit passer à côté du tambour et à côté du pignon de centre si
possible. La position de la roue de moyenne est déterminée par construction;
-la chaussée, la minuterie et le renvoi passent toujours à côté du tambour.

Mouvement à minute directe et seconde directe au centre

La construction varie selon la grandeur du mouvement. Les diamètres d’un mouvement sont quelquefois donnés en lignes (1′′′ = 2,256 mm).

1.Petit mouvement (diamètre inférieur à 20 ou 25 mm)

-Les 3 roues de finissage: centre, moyenne et seconde passent sur le barillet.
-Le rochet passe généralement entre la roue de centre et la roue de seconde au centre.
-La roue de centre doit passer à côté du tigeron de la roue d’échappement.
-La roue moyenne doit passer à côté du pignon d’échappement ou éventuellement
du tigeron. Dans ce cas, la hauteur des dents du pignon d’échappement est très basse car la roue moyenne passera dessous.
-La roue de seconde doit passer à côté du tigeron supérieur du pignon de moyenne.
-Le diamètre et le nombre de dents du pignon de seconde doit être le plus grand possible pour permettre un grand diamètre du noyau et par conséquent un diamètre de tige le plus résistant possible.
-Le pivot supérieur du pignon de centre doit pivoter dans une barrette de seconde
au centre et le pivot inférieur dans la platine.
-Le pignon de seconde pivote d’un côté dans le pont de rouage et de l’autre dans le trou du pignon de centre; éventuellement dans la chaussée si le trou du pignon de centre est trop petit. Cette dernière construction est déconseillée à cause du mal- rond de la chaussée provenant du lanternage. Une plaquette de seconde au centre fixée sur la barrette de centre sert d’appui à la portée inférieure du pignon. Il est préférable de ne pas mettre de pierre à la plaquette de seconde car elle peut se déplacer en enlevant l’aiguille de seconde.
-La chaussée, la minuterie et le renvoi passent toujours à côté du tambour (sûreté minimale 0,08 à 0,1 mm). La position de la minuterie est déterminée par le renvoi et le diamètre du tambour.

2.Grand mouvement (diamètre supérieur à 20 ou 25 mm)

Schéma de principe à la figure suivante.

-La roue de centre passe sous le barillet.
-La roue de centre passe à côté du tigeron d’échappement.
-La roue moyenne doit passer à côté du tambour pour que la hauteur de celui-ci
soit maximum.
-La roue de seconde doit passer à côté du tigeron de moyenne, elle peut passer à
côté ou au-dessus de la couronne.
-Le diamètre et le nombre de dents du pignon de seconde doit aussi être le plus
grand possible.
-Le pivot du pignon de centre pivote dans une barrette de centre et le pivot opposé
dans la platine, mais la barrette passe à côté du tambour.
-Le pignon de seconde pivote comme dans le cas précédent.
-La minuterie et la chaussée passent sous le barillet, le renvoi seul passe toujours à
côté du tambour.

REMARQUES. Les distances centre-moyenne et moyenne-seconde sont évidemment identiques. Le module d’un des deux engrenages sera donc déterminé par calcul.
Les jeux entre roues et tigerons doivent être de 0,1 à 0,12 mm.

Mouvement à minute indirecte et seconde directe au centre

Cette construction (schéma de principe à la figure suivante) est avantageuse du point de vue énergie car le diamètre total du barillet est plus grand que pour un mouvement à minute directe. L’ébat d’engrenage entre les dents de la roue sur chaussée et les dents du pignon de moyenne provoque un ébat de l’aiguille des minutes qui ne doit pas dépasser 1 à 2 degrés. Les principales caractéristiques de ce type de construction sont:
-La grande moyenne est décentrée et peut être placée dessus ou dessous le barillet
selon les constructions. Pour gagner de la place en hauteur, il est avantageux de faire passer la grande moyenne à la même hauteur que la roue sur chaussée.
-La roue moyenne engrène dans le pignon de seconde au centre qui porte la roue de seconde. Celle-ci pivote d’un côté dans le pont de roue et de l’autre dans un tube de centre en Ni ou CuBe (cuprobérillium) chassé dans la platine. Le pignon de moyenne est entraîné d’un côté par la roue de grande moyenne et il engrène de l’autre dans la
roue sur chaussée placée au centre du mouvement. La minute est donc indirecte.
-La chaussée pivote autour du tube de centre et porte une roue ajustée à frottement
gras (réalisé par des bras élastiques) appelée roue sur chaussée.
-Le nombre de dents de la roue de grande moyenne est en général égal à celui de la
roue sur chaussée ce qui entraîne un rapport 1 entre ces deux mobiles.
-La roue moyenne doit passer à côté du tigeron de grande moyenne et du pignon ou du tigeron d’échappement. Le diamètre du tigeron de grande moyenne doit être prévu pour permettre des pivots suffisamment résistants.
-La roue sur chaussée doit passer à côté de la grande moyenne si celle-ci est placée
sous le barillet (côté cadran).
-Les diamètres de la grande moyenne et de la roue sur chaussée sont limités d’un côté par la pierre de moyenne et de l’autre par le tenon de minuterie.
-Le diamètre de la minuterie est donc imposé par le diamètre de la roue sur chaussée.
-La noyure de la roue d’échappement passant près du centre, il faut prévoir suffisamment de matière pour chasser le tube de centre (env. 0,3 mm).

D’autre part, le barillet est en général placé, en hauteur, entre la grande moyenne, la roue sur chaussée et la moyenne.
Dans les petits mouvements, le barillet est situé entre la roue sur chaussée et la grande moyenne. Dans ce cas, les 3 roues de finissage passent sur le barillet (côté ponts).

Mouvements à seconde indirecte

Le plus souvent, le mouvement à seconde indirecte est un mouvement à seconde directe décentrée auquel on a rajouté, pour des questions d’affichage, une seconde indirecte, en général au centre.

Extrait du titre Traité de construction horlogère
De Michel Vermot, Philippe Bovay, Damien Prongué, Sébastien Dordor
et Vincent Beux
Publié aux Presses polytechniques et universitaires romandes

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