Les accouplements d'arbres peuvent faire ou défaire une machine

à chaque application son accouplement spécifique?

L'accouplement de deux arbres demande un peu plus de réflexion que ce que l'on pourrait croire à première vue. Il existe de nombreux types d'accouplements d'arbres sur le marché, il semblerait que chaque configuration d'entraînement ait son propre accouplement. Les principaux facteurs de sélection sont le couple et la précision requise, mais des facteurs secondaires tels que l'amortissement des vibrations et l'efficacité deviennent également de plus en plus importants.

en quête de l'efficacité du système

Il fut un temps, heureusement lointain, où l'efficacité n'était pas importante. Tant que la machine fonctionnait, tout allait bien. Depuis les années 80, sous l'influence de la crise pétrolière et du mouvement écologique, on assiste à une évolution des mentalités, y compris dans l'industrie. Les moteurs et les pompes devaient être plus économiques et surtout plus efficaces. Des années plus tard, cela a débouché, par exemple, sur la législation IE, qui exige que les moteurs électriques répondent à des exigences minimales de rendement. Les anciens moteurs, moins efficaces, disparaissent donc du marché, lentement mais sûrement.

C'est une bonne chose, mais malheureusement on oublie souvent que l'efficacité ne s'arrête pas à l'arbre de sortie du moteur. A quoi sert un moteur Super Premium Efficiency de classe IE4 si le couple est ensuite converti par une transmission inadaptée? Il est donc préférable d'envisager l'efficacité du point de vue d'un système complet, en coordonnant tous les composants de la chaîne cinématique. Outre le moteur lui-même, l'accent est mis sur la boîte de vitesses et la transmission, mais aujourd'hui nous allons nous concentrer sur un composant souvent négligé: l'accouplement à la machine. Le choix d'un accouplement approprié ne se fait pas au hasard, comme le montre la norme DIN 740, qui explique le choix correct d'un accouplement.

Autres facteurs pour l'accouplement

Outre le facteur d'efficacité évoqué plus haut, d'autres fonctions se sont ajoutées au fil des ans aux fonctions purement mécaniques. Par exemple, le fait d'éviter les vibrations et la pollution sonore qui y est souvent associée. Il existe également une demande croissante de versions spécifiques aux applications, par exemple pour une certaine zone ATEX ou des séries avec une plage de température spécifique. En outre, les exigences en matière de fiabilité et de durée de vie sont également devenues plus strictes. Il est également important de souligner qu'un accouplement peut être un facteur de correction important pour les erreurs de désalignement ou de rebond.

Dans certains cas, un accouplement d'arbre fait également office de limiteur de couple ou d'accouplement centrifuge. Dans les applications de positionnement, il existe une demande pour une plus grande rigidité en torsion de l'accouplement d'arbre. Plus l'accouplement est rigide, plus le mouvement du moteur est transféré avec précision à l'effecteur final.

Notez qu'un accouplement rigide entraîne souvent une forte usure des roulements de sortie et d'entrée des deux côtés. En effet, la rigidité fait réagir le composant de manière rigide au contact avec le roulement. Ce dernier peut donc souffrir d'une usure prématurée. Il existe de nombreux facteurs différents, chacun lié à plusieurs variantes telles que la taille du couple (la zone dans laquelle l'accouplement doit transférer le couple au système), la vitesse de rotation, la nature du couple (constant ou variable) et le choix du matériau (acier, inox, fonte, etc.).

Différence entre couplings et clutches

Les deux termes peuvent être traduits par 'accouplements', mais le principe de fonctionnement est légèrement différent. Les clutches (embrayages) interrompent ou réduisent la transmission. Le mouvement pour désassembler ou assembler l'embrayage se fait par des moyens mécaniques, électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Les accouplements, quant à eux, assurent une connexion fixe entre les deux, et ne sont pas censés relâcher cette connexion à un moment donné. La nature de cet accouplement peut être rigide ou flexible, avec encore une subdivision supplémentaire en sous-types dans les deux groupes.

Rigide ou flexible

La différence entre ces deux types d'accouplement réside dans la nécessité de corriger une erreur d'alignement entre le moteur et l'installation. Pour ce faire, on utilise des  accouplements flexibles.

Les accouplements rigides ne corrigeront pas l'erreur d'alignement. Ils sont encore subdivisés en trois sous-types:

• Accouplements à bride
• Accouplements à pince
• Accouplements mécaniques

Parmi les accouplements flexibles, on retrouve également une subdivision approfondie:

• Les accouplements hydrodynamiques sont souvent utilisés dans des applications où le système présente une forte inertie. Ceux-ci exigent un couple de démarrage élevé de l'entraînement. Les embrayages hydrodynamiques lissent les pics de couple et transfèrent ainsi le couple à l'installation avec une certaine latence. Ils sont souvent combinés à un arbre à cardan ou à une courroie de transmission, car les accouplements hydrodynamiques ne compensent pas les désalignements.
• Les accouplements magnétiques se composent d'un rotor interne et d'un rotor externe qui ne sont pas physiquement reliés, la transmission du couple est magnétique. L'absence de connexion physique signifie qu'ils sont souvent utilisés dans des applications où l'on travaille avec des substances dangereuses ou nocives.
• Dans les embrayages à friction, les patins de l'embrayage se déplacent vers l'extérieur lorsque la vitesse augmente. Le frottement créé entre les patins et la surface sur laquelle ils s'appuient permet à l'embrayage de transférer le mouvement.
• Les accouplements rigides en torsion sont conçus pour suivre strictement le mouvement de l'arbre de sortie, tout en étant flexibles aux mouvements radiaux et axiaux. Il n'y a donc pas de déphasage.
• Les accouplements flexibles en torsion contiennent des élastomères. Ils rendent l'accouplement légèrement moins rigide, ce qui atténue les vibrations. Les composants trop rigides peuvent se déformer s'ils sont mal alignés.
• Les accouplements à haut degré de flexibilité contiennent beaucoup plus de ces élastomères. Ils sont donc beaucoup moins rigides, ce qui signifie que le couple est transféré à l'installation avec un certain décalage.
• Les joints en dents de scie peuvent également utiliser du polyuréthane renforcé comme couche intermédiaire. Les élastomères ont tendance à se déformer à des vitesses et des charges élevées. Le polyuréthane amélioré est beaucoup plus résistant à la température et plus durable que les élastomères standard.
• Les accouplements à engrenages sont souvent appelés 'accouplements à denture bombée'. Ils conviennent pour le transfert de couples importants, tout en compensant les déviations ou les désalignements axiaux et radiaux importants. Ils sont aussi généralement peu bruyants et peu vibrants.
• Les accouplements à griffes peuvent être réalisés avec un jeu extrêmement faible, ce qui permet de les utiliser pour des tâches de positionnement. Ils restent précis même avec des servocommandes qui fluctuent rapidement, c'est pourquoi ils sont souvent utilisés dans les techniques d'automatisation.
• Dans le cas des accouplements à lamelles, les deux moitiés sont assemblées par des vis de haute qualité. Cela permet de compenser les grosses erreurs d'alignement.