Transmission du mouvement circulaire - Transmission du mouvement circulaire et Guides d'arbres de transmission

Transmission du mouvement circulaire et Guides d'arbres de transmission

Transmission du mouvement circulaire :

Généralités :

On appelle transmission l'ensemble formé par les organes qui, dans un atelier, permettent la commande de plusieurs machines-outils par une seule machine motrice. Cette dernière peut être soit une machine à vapeur, soit un moteur diesel, soit un moteur électrique. Toute transmission se compose : 

• D'organes en mouvement: Arbres de transmission, manchons d'accouplement, embrayages, poulies, courroies, engrenages ;
• D'organes fixes supportant les premiers: paliers et butées, boîtards et crapaudines, chaises, consoles, niches, etc.

Une bonne installation doit posséder les qualités suivantes :

• Résistance et légèreté, obtenues par un calcul sérieux des dimensions et l'attaque de l'arbre en A, au centre, de manière à pouvoir réduire progressivement le diamètre vers les extrémités ;
• Rigidité et équilibrage, assurés en répartissant adroitement les organes en mouvement et en les mettant le plus près possible des appuis ;
• Rendement maximum, atteint en diminuant les pertes dues au frottement par un graissage automatique et abondant ;
• Montage et démontage rapides et faciles. 

Nota: Presque partout, la commande par transmission et remplacée aujourd'hui par la commande individuelle, c'est-à-dire par l'attaque de chaque machine par un petit moteur électrique qui permet :

• De supprimer les arbres, les courroies et leur entretien ;
• De construire des ateliers plus simples, plus propres et plus clairs ; de disposer les machines sans tenir compte de l'emplacement des arbres ;
•  De faire de grosses économies de courant et de lubrifiant dans les ateliers où les machines n'ont pas à fonctionner toujours ensemble ;
• De régler les vitesses avec plus de facilité ; 
  Par contre, l'installation est plus coûteuse, les pannes et les arrêts plus fréquents, le prix de revient du courant alternatif plus élevé. En conclusion, le choix de la commande doit être déterminé dans chaque cas par les conditions d'utilisation.
• D'éliminer une forte proportion du bruit, facteur d'erreur et d'énervement.

 

Arbres de transmission :

Les arbres de transmission supportent des efforts verticaux dus au poids des organes et des poussées axiales produites par les courroies et les engrenages. Ils sont donc soumis à des contraintes de flexion, de torsion, et de compression. On les fabrique en acier XC 35 (750 à 950 N/mm²)  en 45 C4 (1100 à 1300 N/mm²) en acier doux comprimé (Rr = 450-500 N/mm²), en XC 18 (550 à 750 N/mm²).

Ils sont livrés polis et calibrés par les aciéries. Leurs diamètres sont normalisés de 20 à 150 en de séries.

Série principale: 20 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 80 ; 100 ; 120 ; 150.

Série secondaire: 25 ; 35 ; 40 ; 50 ; 70 ; 90.

Le diamètre réel de l'arbre ne doit pas dépasser la cote exacte, toute tolérance étant prise en moins (NF E 22-100).

L'écartement des supports varie de 2 à 4m.

Pratiquement, les diamètres sont calculés à l'aide de la formule suivante :

 

Où P représente la puissance en chevaux, et N la vitesse en tours par minute.

Cette dernière est normalisée de 25 à 3200 tr/mn, dans une série en progression géométrique de raison 1,25 (NF E 22-001).

Elle varie suivant les ateliers: de 100 à 400 tr/mn dans les ateliers de mécanique et de 400 à 600 tr/mn dans les ateliers du bois.

Transmission entre arbres en prolongement ou accouplements :

Les arbres de transmission sont réunis bout à bout par les manchons qui, suivant leurs caractéristiques, constituent des accouplements rigides, élastiques, variables, débrayables, de sûreté.

Accouplements rigides : 

Ils assemblent des arbres en prolongement, de même diamètre ou non, en les liant d'une façon rigide et permanente, de telle sorte que la ligne se comporte comme un seul arbre. La transmission du mouvement de rotation d'un tronçon à l'autre se fait en utilisant dans tous les cas l'adhérence des surfaces en contact et en ajoutant des clavettes longitudinales de sécurité qui sont indispensables pour les gros diamètres.

• Manchon à coquilles-frettes: -Simple, peu coûteux, bien équilibré ;
  Vitesse de rotation allant jusqu'à 600 tr/mn. Ne supporte que de faibles efforts, se démonte difficilement.
  
  

• Manchon à coquilles boulonnées: -Simple, support des efforts moyens, se monte et se démonte très facilement ; s'équilibre assez difficilement ; s'emploie pour des vitesses inférieures à 350 tr/mn ;

• Manchon à plateaux-frettes: -Plus compliqué et plus coûteux que les précédents, se montre et se démonte facilement, donne un entraînement parfait;

• Manchon Sellers: -Bien équilibré mais assez coûteux, ce système offre l'avantage de centrer automatiquement les bouts d’arbres, même s'ils ne sont pas cylindriques et de même diamètre ;

• Manchon à plateaux: Très employés, ils sont relativement simples et peu coûteux. Bien montés, ils peuvent être employés pour des transmissions chargées tournant jusqu'à 350 tr/mn. Certains types, tournés entièrement et bien équilibrés, ayant leurs boulons noyés complètement, conviennent aux transmissions tournant jusqu'à 2000 tr/mn. Le type à rondelle intercalaire permet de débrayer à volonté un côté de la transmission.

Accouplements élastiques :

Ils s'emploient pour accoupler des arbres et plus spécialement deux machines (moteur avec pompe ou ventilateur) dont les axes ne sont pas toujours alignés exactement. Ils utilisent un intermédiaire élastique souple (cuir, coton, ressort métallique) qui permet un démarrage légèrement progressif qui absorbe les déformations angulaires des arbres, dues à la torsion.

• Manchon à broches: Simple et pratique, il peut, en étant usiné partout et bien équilibré, être utilisé jusqu'à 3000 tr/mn. Il ne donne cependant qu'une liaison semi-élastique ;

• Manchon à courroie en étoile: La courroie disposée en étoile autour des broches, se tend au démarrage, évite des à-coups violents, et donne une grande douceur à l'entraînement ;

• Manchon type Zodel: Identique au précédent, il nécessite des plateaux plus compliqués et plus coûteux, qui se font en fonte ou en acier suivant la vitesse qui peut atteindre 2000 tr/mn. Il ne peut tourner que dans un sens de rotation. Il est peu employé.

Accouplements variables ou mobiles :

Ils permettent aux arbres de subir au cours de leur rotation un certain déplacement.

• Manchon à dilatation: Ils s'emploient pour compenser les variations de longueur dues aux variations de température (1 mm par mètre et par 100°C) ;
• Joint de Oldham: Sert à accoupler des arbres parallèles est légèrement décalés ;
  La vitesse de l'arbre commandé reste uniforme.
• Joints de Cardan: Permettent l’accouplement d'arbres concourants susceptibles de subir des déplacements angulaires dans tous les sens. Les conditions d'encombrement et de rendement limitent l'ouverture de cet angle à α = 45°. La vitesse de l'arbre commandé étant périodiquement variée, il est impossible d'employer les joints de Cardan lorsqu'il faut obtenir sur cet arbre un mouvement uniforme.

                                         

Accouplements débrayables :

Leur but est d'établir entre deux arbres une liaison que l'on peut rompre et rétablir instantanément à volonté.

Les embrayages à griffes simples dans le genre du manchon de dilatation, nécessitent pour embrayer l'arrêt de la transmission. D'autres, dits progressifs, permettre d'embrayer l'arbre commandé sans arrêter l'arbre moteur. L'entraînement est obtenu progressivement par la mise en contact de surface de friction telles que couronnes (type Benn), cônes, cylindres, à l'aide d'un mécanisme commandé à la main ou mécaniquement.

Accouplements de sécurité :

Ils sont utilisés dans les transmissions risquant d'être brusquement surchargées (laminoirs, concasseurs, broyeurs). Ils permettent dans ce cas l'arrêt progressif de l'entraînement lorsque le couple résistant devient trop élevé.

Guides d'arbres de transmission :

 

Fonction :

Les supports servent à guider les arbres de transmission dans leur mouvement de rotation et à supporter les charges qui sont appliquées à ces arbres par la pesanteur, les tractions de courroie ou les poussées d’engrenage. Ils sont caractérisés par le diamètre de l'arbre qu'ils supportent: palier de 40.

On réserve le nom de :

• Palier: aux guides d'arbres horizontaux ;
• Butée: aux paliers d'extrémités d'arbres qui doivent absorber les poussées axiales ;
• Boîtard: Aux guides d'arbres verticaux ;
• Crapaudine: Aux boîtards d'extrémités qui doivent absorber les poussées axiales et le poids de la ligne.

 

Condition à remplir :

Un support doit :

• Maintenir l'arbre sans le déformer ;
• Lui permettre de tourner en évitant l'échauffement, le grippage et l'usure des surfaces en contact ;
• Se monter simplement sans avoir à démonter le reste de la transmission ;
• Avoir une fixation robuste, facile et réglable ;
• Se fabriquer économiquement, en série et enfin avoir un entretien réduit.

 

Description général :

Un palier comprend :

• 
  Le corps, qui est exécuté presque toujours en deux parties pour faciliter le montage sur l'arbre. Il se fait en fonte ordinaire ou alliage d'aluminium et présente de nombreuses arêtes en dépouille imposées par son moulage. Il reste à peu près brut de fonderie et des bossages simplifient l'usinage. Une large semelle, rabotée à sa partie inférieure, lui donne de l’assise. Elle est percée de trous ovalisés qui facilitent sa fixation et la rendent réglable. Des évidements importants ont pour but d'alléger la pièce au maximum ;
• Le chapeau, qui complète le corps et lui est assemblé par un joint brisé qui le centre automatiquement et décharge les boulons du cisaillement ;
• Les boulons d'assemblage, en acier A 42, à tête Q noyée dans le corps où ils sont ainsi arrêtés en rotation. Ils sont en général bruts ou tournés et montés avec jeu. Un contre-écrou sert de frein d'écrou ;
• Le coussinet, en deux parties, en bronze phosphoreux, fonte douce ou fonte antifrictionnée, s’emboîtant sur l'arbre avec précision. Sa surface intérieure est rectifiée est polie. Sa forme extérieure est prévue pour assurer son arrêt en translation et en rotation ;
• Le dispositif de graissage, qui comporte un orifice d'arrivée et de vidange du lubrifiant et un circuit de distribution de ce dernier sur l'arbre.

Classification :

Les efforts agissant sur un arbre de transmission se réduisent généralement à une résultante oblique que l'on peut décomposer en deux forces, l’une parallèles et l'autre perpendiculaire à l'arbre. Deux catégories de supports sont à prévoir, l’une pour supporter l’effort axial, l'autre pour absorber la composante radiale.

Supports pour effort radial :  

• Supports rigides: dans lesquels le coussinet est fixe et lié rigidement au corps ;

ü  Support ordinaire: pour faible vitesse ;

ü  Palier à coussinet emboîté, usinage peu simple (à peu près abandonner) ;

ü  Palier à coussinet bloqué par bossage circulaire ;

ü  Palier à coussinet enfermé dans le corps, et à graissage par bague convenant spécialement aux transmissions chargées, tournant jusqu'à 500 tr/mn.

                                      

• Supports réglables: permettant de rattraper le jeu produit par l'usure due aux frottements, ou encore de régler la position de l'arbre ;

 

ü  Palier à compensation d'usure ;

ü  Boîtard réglable.

• Supports articulés: les coussinets, articulés sur le corps et le chapeau, suivent l'arbre dans toutes ses déformations et repartissent uniformément la pression sur toute la portée ;

ü  Rotule à calotte sphérique bloquée par vis ;

ü  Rotule intégral sphérique et libre qui permet l'orientation automatique du coussinet et convient pour les transmissions rapides et chargées. Elles peuvent être ;

 

Ø  À deux zones latérales, une bague de graissage central V max. : 800 tr/mn ;

Ø  À une zone centrale, deux bagues de graissage latérales V max. : 2000 tr/mn ;

  

ü  Rotule sphérique libre, palier américain Sellers pour transmission économique et légère.              

• Support à alésage segmenté: dans lesquelles la lubrification par film d'huile est parfaite et qui sont employés dans les très grosses constructions navales. Type Michell ;

• Support à roulement: ils ont l'avantage sur les autres de permettre un démarrage rapide, d'atteindre de très grandes vitesses, de faire des économies de force motrice, de lubrifiant et d'entretien. Leur prix élevé, leur montage délicat, leur difficulté à bien fonctionner, dans l'humidité, les poussières, les vapeurs, aux charges élevées et aux chocs les font souvent concurrencer par les paliers à glissement articulés.

ü  Palier à billes: d á 100 mm, grandes vitesses ;

ü  Palier à rouleaux: fortes charges, vitesses moyennes et faibles.

Supports pour effort axial ou butées :  

En général, un support par ligne suffit, aussi les types sont peu nombreux.

• Butées pour arbres horizontaux ;

ü  Butée ordinaire constituée par un palier ordinaire ou à billes muni de deux bagues d'arrêt ;

ü  Butée cannelée ;

ü  Butée segmentée type Michell. 

• Butées pour arbres verticaux.

ü  Crapaudine fixe: arbre peu chargé, tournant lentement ;

ü  Crapaudine réglable ;

ü  Crapaudine à billes ou à rouleaux pour arbre suspendu, ou arbre porés.

Nota : Les dimensions principales des paliers porteurs, longueur, hauteur d'axe, diamètre, ont été normalisées (NF E 22-201).