Types d'accouplements d'arbre sont les liaisons mécaniques qui relient un arbre moteur à un arbre entraîné afin que le couple se transmette proprement tout en absorbant les petits désalignements que présente toute installation réelle. Un mauvais choix se traduit plus tard par une étoile rongée, des dents d'engrenage usées ou une défaillance de palier imputée à tout sauf à l'accouplement.
Tout accouplement équilibre la transmission du couple, la tolérance au désalignement parallèle, angulaire et axial, et, sur les conceptions flexibles, l'amortissement des chocs en torsion. Les accouplements rigides n'offrent aucune souplesse et exigent un alignement quasi parfait.
Les accouplements flexibles sacrifient une partie de la raideur pour tolérer le désalignement, et la quantité que chacun tolère, ainsi que le jeu (jeu de rotation libre avant que le couple ne soit transmis dans la nouvelle direction) qu'il présente, différencient les conceptions à mâchoires, à engrenages, à grille et à disques.
Un mauvais alignement d'arbre au laser ou une condition de pied mou réduit rapidement le budget de désalignement de n'importe quel accouplement, si bien que le choix de l'accouplement amortit le désalignement résiduel plutôt que de remplacer la rigueur d'alignement.
Deux moyeux à mâchoires emboîtées compressent un insert élastomère (spider) en caoutchouc ou en polyuréthane entre eux. Les conceptions standard à mâchoires droites tolèrent typiquement environ 0,5 à 1 degré de désalignement angulaire et approximativement 0,010 à 0,015 pouce d'offset parallèle, certaines conceptions plus larges en cisaillement étant classées pour davantage.
Les mâchoires à profils droits présentent un jeu inhérent dû au dégagement mâchoire-spider; les spiders montés en force et les mâchoires à profil courbe le réduisent, et les moyeux à serrage offrent un jeu quasi nul, ce qui explique pourquoi les entraînements servo ou à inversions fréquentes spécifient ces variantes.
Le duromètre du spider définit le compromis couple/amortissement: les élastomères plus souples amortissent mieux mais supportent moins de couple et se dégradent plus vite sous l'effet de la chaleur.
Des dents externes couronnées sur chaque moyeu engrènent des dents internes dans un manchon, et la couronne permet aux dents de basculer pour absorber le désalignement angulaire tout en transmettant le couple complet à travers le contact.
Un engrènement standard gère de l'ordre de 1,5° de désalignement angulaire; des profils de dents spécialement couronnés poussent chaque point d'engrènement plus loin, généralement avec une dégradation du couple admissible.
Les accouplements à engrenages fonctionnent avec un jeu intentionnel au niveau des flancs des dents, faible à l'état neuf et croissant avec l'usure des dents, il faut donc une lubrification périodique et ils conviennent moins bien aux inversions fréquentes qu'un dispositif à faible jeu.
Parce que de nombreuses dents partagent la charge simultanément, les accouplements à engrenages supportent des couples et des vitesses très élevés dans un encombrement compact, courants sur compresseurs et entraînements de broyeurs.
Une grille métallique flexible s'engage dans des fentes des deux moyeux sous un capot rempli de graisse. La grille fléchit pour absorber simultanément désalignement angulaire, parallèle et axial, la combinaison admissible étant spécifiée par taille de cadre, les tailles supérieures tolérant davantage de chacun.
Un certain jeu de rotation existe du fait du dégagement grille-rainure, généralement inférieur à celui d'une conception à mâchoires droites, et l'action ressort de la grille apporte un amortissement utile des chocs.
La construction tout métal offre une forte capacité de couple et une bonne tolérance aux chocs et aux surcharges momentanées, d'où la présence d'accouplements à grille sur compresseurs et concasseurs soumis à des charges cycliques. Comme les accouplements à engrenages, ils requièrent une lubrification périodique et une inspection du capot.
Un empilement de disques métalliques minces et profilés, boulonnés alternativement sur chaque moyeu, transmet le couple sans élastomère, dents d'engrenage ni élément de grille susceptibles de s'user.
Un seul paquet de disques absorbe le désalignement angulaire, typiquement une fraction de degré, plus un jeu axial limité; l'offset parallèle nécessite une conception à double paquet de disques avec une entretoise, car un seul paquet ne peut pas absorber l'offset seul.
Les accouplements à disques sont intrinsèquement sans jeu, puisque le couple circule à travers des disques métalliques boulonnés sans jeu de dégagement, ce qui en fait la référence pour les entraînements servo, les turbomachines à grande vitesse et les inversions de couple précises.
Ils n'exigent aucune lubrification et tolèrent bien les hautes vitesses, mais tolèrent moins le désalignement continu qu'un accouplement à mâchoires ou à grille, d'où l'exigence d'un alignement initial plus strict.
Le jeu importe rarement sur un entraînement stable à sens unique mais a une grande importance sur tout système qui démarre, s'arrête, inverse ou traverse le couple zéro de manière répétée, puisque chaque passage à travers l'entrefer est un petit impact.
Un nombre suffisant de cycles desserre les ajustements des moyeux et se manifeste par des vibrations inexpliquées, parfois d'abord détectées par le suivi de la gravité des vibrations .
Un entraînement qui inverse ou indexe souvent est plus sûr avec un accouplement à disques sans jeu qu'avec un accouplement standard à engrenages ou à mâchoires droites.
| Caractéristique de l'entraînement | Accouplement à privilégier |
|---|---|
| Pompe, ventilateur ou convoyeur général avec désalignement modéré | Mâchoires (élastomère) |
| Couple élevé, grande vitesse, encombrement compact | Engrenage |
| Charges d'impact ou couple cyclique | Grille |
| Servo, indexation précise, inversions fréquentes | Disque/diaphragme |
Au-delà du désalignement et du jeu, vérifiez le facteur de service recommandé par le fabricant pour l'équipement entraîné, confirmez l'ajustement de l'alésage et l'entre-axe/écartement des arbres, et vérifiez la limite de vitesse, car les conceptions élastomériques et à grille ont des limites de vitesse plus basses que les accouplements à disques tout métal.
Les accouplements dimensionnés uniquement sur le couple nominal sans marge de facteur de service sont une cause fréquente de défaillance précoce, souvent retracée à des modes de défaillance des paliers qui ont commencé par une usure d'accouplement que personne n'a recontrôlée après la dernière révision.
L'usure des accouplements s'installe lentement et est facile à manquer entre inspections programmées.
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Les accouplements à disques sont intrinsèquement sans jeu parce que le couple se transmet à travers des disques métalliques solides boulonnés sans entrefer. Les accouplements à mâchoires à montage en force ou à serrage peuvent aussi atteindre un jeu quasi nul, mais les mâchoires droites standard et les accouplements à engrenages présentent tous deux un dégagement intégré par conception.
Oui. Les dents ont besoin de graisse ou d'huile pour contrôler la friction et l'usure au niveau de l'engrènement, et les joints doivent être inspectés périodiquement, car la perte de lubrifiant accélère l'usure des dents et augmente le jeu au fil du temps. Les accouplements à disques, en revanche, n'exigent aucune lubrification.
Les accouplements à mâchoires tolèrent les deux, mais les chiffres varient selon la taille : typiquement une fraction de degré jusqu'à environ un degré de désalignement angulaire, associée à approximativement 0,010 à 0,015 pouce d'offset parallèle sur les tailles standard. Vérifiez toujours la cote spécifique du fabricant plutôt que de supposer.
Les accouplements à grille gèrent généralement des couples plus élevés et absorbent mieux les chocs qu'un accouplement à mâchoires élastomère de taille similaire, car la grille tout métal ne se dégrade pas sous l'effet de la chaleur ou des surcharges répétées comme peut le faire une étoile en caoutchouc. Le compromis est que les accouplements à grille nécessitent une lubrification périodique, ce que n'exige pas un accouplement à mâchoires.
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