Types d'accouplements courants et sélection : Guide essentiel

Il existe de nombreux types d'accouplements. Selon qu'ils contiennent ou non des éléments élastiques à l'intérieur, ils peuvent être divisés en accouplements élastiques et en accouplements rigides. Les accouplements rigides sont également divisés en accouplements rigides fixes et accouplements rigides mobiles en fonction de leurs caractéristiques structurelles.

En raison des exigences structurelles de la machine, des erreurs de fabrication et d'installation, des variations de la température de travail et des déformations après chargement, l'alignement des deux arbres reliés par l'accouplement n'est souvent pas garanti, ce qui entraîne un déplacement relatif dans une certaine plage, comme le montre la figure 1.

a) Déplacement axial
b) Déplacement radial
c) Déplacement angulaire
d) Déplacement global

Si ces déplacements ne sont pas compensés, des charges supplémentaires seront générées sur l'accouplement, les arbres et les roulements, et peuvent même provoquer de graves vibrations. C'est pourquoi ces facteurs doivent être pris en compte de manière exhaustive lors du choix du type d'accouplement.

I. Caractéristiques et applications des accouplements courants

1. Accouplement rigide fixe

Ce type d'accouplement a une structure simple, un faible coût, aucune performance de compensation, ne peut pas amortir et réduire les vibrations, et nécessite une grande précision d'installation pour les deux arbres. Ce type d'accouplement est souvent utilisé dans des conditions où il y a très peu de vibrations, pour relier deux arbres à vitesse moyenne à élevée et à faible rigidité qui nécessitent un alignement élevé. Les caractéristiques et les applications des accouplements rigides fixes couramment utilisés sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1 Types, caractéristiques et applications des accouplements fixes rigides courants

Accouplement à bride Type GY Type GYS Facile à utiliser et à entretenir, bonne rigidité et capacité de charge élevée. Lorsque la précision d'alignement des deux arbres n'est pas élevée, la charge dynamique supplémentaire est importante. Lorsqu'il est fabriqué avec une grande précision, il peut être utilisé pour la transmission à grande vitesse. Il existe deux formes : Le type GY (connecté et aligné avec des boulons alésés) et le type GYS (connecté avec des boulons ordinaires et aligné avec les surfaces convexes et concaves de la face d'extrémité du demi-accouplement).

Accouplement à manchon Petite taille radiale, nécessite une grande distance de mouvement axial lors de l'assemblage et du désassemblage, convient aux cas où les deux arbres peuvent être strictement alignés, où la charge n'est pas importante et relativement stable, et où l'accouplement nécessite une petite taille radiale. En outre, il peut être utilisé comme accouplement de sécurité.

2. Accouplement rigide mobile

Ce type d'accouplement utilise ses propres éléments ou espaces relativement mobiles pour permettre un certain déplacement relatif entre les deux arbres reliés, offrant ainsi une certaine capacité de compensation du déplacement. Ses caractéristiques et ses applications sont présentées dans le tableau 2.

Tableau 2 Types, caractéristiques et applications des raccords rigides mobiles courants

Accouplement à engrenages Capacité de charge élevée, fonctionnement fiable, faible capacité de compensation globale du déplacement, faibles exigences en matière de précision d'installation, mais structure complexe, coût de fabrication élevé, bruit, incapacité à amortir et à réduire les vibrations. Convient aux machines lourdes avec des démarrages fréquents et des opérations de marche avant/arrière fréquentes.

Accouplement à coulisseau croisé Structure simple, petite taille radiale, peut compenser les déplacements radiaux et angulaires. Principalement utilisé dans les cas où le fonctionnement est stable, la vitesse faible, le couple élevé et l'impact faible.

Accouplement universel Petite taille radiale, structure compacte. Principalement utilisés pour la transmission avec un angle important entre les deux arbres (α<45°) ou un déplacement angulaire important pendant le fonctionnement. Pour éviter des charges dynamiques supplémentaires, ils sont souvent utilisés par paires.

Structure simple, légère, fonctionnement fiable, montage et démontage faciles, avec une petite compensation pour le déplacement relatif des deux arbres. Utilisés dans des environnements humides, poussiéreux et à haute température, ils ne conviennent pas aux démarrages fréquents, aux opérations fréquentes de marche avant/arrière, aux charges d'impact sévères et aux vibrations torsionnelles.

3. Couplage élastique

Ce type d'accouplement est équipé d'éléments élastiques qui peuvent non seulement compenser le déplacement relatif entre les deux arbres, mais qui ont également des fonctions d'amortissement et d'absorption des vibrations. Les matériaux des éléments élastiques sont non métalliques (caoutchouc, plastique, etc.) et métalliques (acier à ressort).

Le premier est léger et possède de fortes capacités d'amortissement et d'absorption des vibrations, une structure simple et des propriétés d'isolation, mais il faut veiller à contrôler la température de travail et à éviter l'exposition au soleil, à la pluie et au contact avec les huiles, les acides, les alcalis et les solvants organiques ; le second a une résistance élevée et une longue durée de vie, mais il est coûteux. Actuellement, les accouplements élastiques sont largement utilisés et leurs caractéristiques d'application sont indiquées dans le tableau 3.

Tableau 3 Types, caractéristiques et applications des accouplements élastiques flexibles

Manchon élastique Accouplement à broche Structure simple, facile à monter et à démonter, avec une certaine capacité à compenser le déplacement relatif entre les arbres, peut tamponner et absorber les vibrations, la température de travail est de -20 à +70℃. Utilisé pour la transmission à moyenne et haute vitesse avec démarrage et inversion fréquents d'un couple moyen et petit.

Accouplement à broche élastique Structure simple, facile à fabriquer et à entretenir, température de travail de -20 à +70℃. Convient à la transmission à moyenne et basse vitesse avec démarrage et inversion fréquents d'un couple plus important.

Accouplement de pneu Structure simple, fonctionnement fiable, bonne capacité de compensation du déplacement global, forte réduction des vibrations. La température de fonctionnement est comprise entre -20 et +80℃. Convient aux environnements humides et poussiéreux, aux démarrages et inversions fréquents et aux grandes occasions d'impact, avec une vitesse de bord extérieur ne dépassant pas 30m/s, largement utilisé dans les machines de levage.

Accouplement à membrane Structure compacte, haute résistance, longue durée de vie, avec des caractéristiques de résistance à l'acide, à l'alcali et à la corrosion, et aucun besoin de lubrification. Peut être utilisé dans des conditions de température élevée, de vitesse élevée et de milieu corrosif, largement utilisé dans diverses transmissions mécaniques, température de travail -20 à +250℃.

II. Sélection des accouplements

La sélection des types d'accouplement doit être axée sur les aspects suivants :

• L'importance et la nature de la charge ;
• La vitesse de l'arbre ;
• L'importance et la nature du déplacement relatif entre les deux arbres ;
• L'environnement de travail et l'espace disponible, etc.

Par exemple, pour les arbres à faible vitesse avec des charges stables, si la rigidité de l'arbre est élevée et que l'alignement est strict, un accouplement rigide fixe peut être sélectionné conformément au tableau 1 ; si la rigidité de l'arbre est faible et qu'il y a un déplacement relatif, un accouplement rigide mobile peut être sélectionné conformément au tableau 2 ; pour les arbres à grande vitesse avec des impacts et des vibrations importants et un déplacement relatif, un accouplement élastique mobile peut être sélectionné conformément au tableau 3 ; pour deux arbres avec un déplacement angulaire important, un accouplement universel doit être sélectionné. Pour les arbres soumis à des charges dynamiques importantes et à des vitesses très élevées, il convient de choisir un accouplement léger à faible inertie de rotation.

Après avoir sélectionné le type d'accouplement, il est possible d'obtenir le couple calculé Tc de l'accouplement et de sélectionner le modèle d'accouplement approprié dans la norme en fonction du diamètre de l'arbre, du couple calculé et de la vitesse.

Exemple 16-1 Sélection de l'accouplement entre le moteur et le réducteur dans un mélangeur de sable. Étant donné la puissance nominale du moteur P=15kW, la vitesse à pleine charge n=1460r/min, le diamètre de l'arbre du moteur d ₁ =42mm, diamètre de l'arbre d'entrée du réducteur d ₂ =40mm.

Solution:

1. Sélectionner le type d'accouplement

Compte tenu de la vitesse élevée de l'arbre, du couple modéré, des démarrages fréquents et du déplacement relatif général entre les arbres du moteur et du réducteur, un accouplement à manchon élastique est sélectionné conformément au tableau 3.

2. Sélectionner le modèle de couplage

(1) Calculer le couple T_c

La variation du couple du mélangeur de sable est modérée, vérifier le coefficient de condition de travail, prendre K=1.7, donc

T_c=KT=1.7×9550P/n=1.7×9550×15/1460N·m=166.8N·m

(2) Sélectionner le modèle

Conformément à la norme GB/T 4323-2002, le modèle d'accouplement est choisi comme LT6 (le matériau du demi-accouplement est de l'acier), conformément à la norme GB/T 4323-2002 :

• Le couple nominal T_n =250N-m>T_c ;
• La vitesse autorisée [n]=3800r/min>n, convient.

Le demi-accouplement de l'extrémité de l'arbre du moteur utilise un trou d'arbre de type Y, le diamètre du trou d'arbre d₁ =42mm, longueur du trou de l'arbre L=112mm ; le demi-accouplement de l'extrémité de l'arbre du réducteur utilise un joint J₁ type de trou d'arbre, diamètre du trou d'arbre d₂ =40mm, longueur du trou de l'arbre L₁ =84mm. La marque d'accouplement est :

LT6 Accouplement (Y42×112)/(J ₁ 40×84) GB/T 4323-2002