Raccords d'arbre rigides et flexibles : quelle est la différence ?

Si vous prenez la mauvaise décision entre accouplement rigide et accouplement flexible sur un arbre d'entraînement, les retombées se feront rarement sentir immédiatement. Au lieu de cela, il apparaît des semaines plus tard sous la forme d'un roulement usé, d'une clavette rongée ou d'un servo qui ne peut plus tenir sa position.

Un accouplement rigide maintient deux arbres dans une relation fixe sans risque de désalignement. Un accouplement flexible permet une petite quantité de signaux angulaires, parallèles ou axiaux pour absorber les erreurs d'alignement de chaque assemblage réel. Les deux sont des accouplements d'arbre qui remplissent la même fonction de base : assembler deux arbres rotatifs pour que le couple passe proprement de l'un à l'autre.

Le choix se résume à trois choses : la précision avec laquelle vos arbres sont alignés, le couple qui doit traverser le joint et la quantité de vibrations que le reste de votre transmission peut tolérer. En règle générale, choisissez un accouplement rigide dont les arbres sont alignés avec précision et le resteront, choisissez un accouplement flexible là où ils ne le sont pas. Ce guide explique les raisons qui sous-tendent cette approche et vous aide à comprendre les applications dans lesquelles chacun de ces types d'accouplements excelle.

Contenu :

• Qu'est-ce qu'un accouplement rigide ?

• Qu'est-ce qu'un raccord flexible ?

• Raccords d'arbre rigides et flexibles : principales différences

• Comment choisir entre un accouplement rigide et un accouplement flexible

• Principaux points à retenir

• FAQ

Qu'est-ce qu'un accouplement rigide ?

Un accouplement rigide, ou accouplement d'arbre rigide, relie deux arbres en ce qui constitue, mécaniquement, un seul arbre continu. Une fois monté, il n'y a aucun mouvement relatif entre les deux extrémités. Cela signifie qu'il n'y a pas de contrainte angulaire, pas de flottement axial et aucune tolérance pour les arbres légèrement décalés. Ce lien solide est exactement ce qu'il faut. Comme un accouplement rigide ne possède aucun élément flexible capable d'absorber la charge, tout le couple est transmis directement et immédiatement, avec un enroulement minimal et un jeu de contrecoup proche de zéro. Les accouplements rigides constituent donc le meilleur choix lorsque la précision de positionnement est aussi importante que le couple brut, les broches de machines-outils, les bancs d'essai et les axes robotiques.

Types d'accouplement rigide

Les raccords rigides se présentent sous une poignée de formes courantes. Un accouplement à manchon est le plus simple : un seul manchon s'adapte aux deux extrémités de l'arbre et est bloqué en place à l'aide de vis de réglage. Ils sont les mieux adaptés aux travaux légers et moyens. Un accouplement à pince (ou accouplement fendu) entoure les deux arbres et est serré à l'aide de boulons, ce qui permet de le monter et de le retirer facilement sans faire glisser l'un ou l'autre arbre hors de ses roulements. Un accouplement à bride boulonne deux moitiés de bride séparées et constitue le choix habituel pour les charges plus lourdes ou lorsque les deux arbres ont un diamètre différent.

Le compromis est l'alignement. Comme un accouplement rigide ne peut absorber aucun défaut d'alignement, soit les arbres doivent être parfaitement positionnés lors de l'installation, soit l'accouplement et tout ce qui se trouve de chaque côté de celui-ci, y compris les roulements, seront soumis à des contraintes constantes.

Qu'est-ce qu'un raccord flexible ?

Un accouplement flexible, ou accouplement d'arbre flexible, transmet le couple de la même manière qu'un accouplement rigide. Contrairement à ceux-ci, ils incorporent un élément tel qu'une fente usinée, un élastomère moulé ou des dents imbriquées, qui leur permettent d'absorber un léger défaut d'alignement entre les deux arbres. Ce désalignement peut être angulaire (les arbres se rejoignent légèrement), parallèle (les axes centraux des arbres sont décalés mais restent à peu près parallèles) ou axial (les arbres se rapprochent légèrement ou s'éloignent légèrement lorsque la machine tourne). La plupart des raccords flexibles tolèrent un désalignement dans plusieurs de ces directions à la fois.

Types d'accouplement flexible

Le montant du don varie selon la conception. Les accouplements à engrenages, qui utilisent des dents d'engrènement sur chaque moyeu, permettent généralement un désalignement angulaire d'environ 0,5 à 1,5 degré par engrenage et transmettent plus de couple que la plupart des autres types flexibles. Les accouplements à mâchoires, courants sur les moteurs électriques fonctionnant en continu, supportent généralement un désalignement angulaire d'environ 1 degré et un décalage parallèle d'environ 0,015 pouce. Les accouplements à chaîne à rouleaux, populaires dans les équipements agricoles et miniers pour leur rentabilité à couple élevé, permettent généralement une température d'environ 1 à 2 degrés. Les raccords à soufflet et à disque sont fabriqués en métal sans jeu : les soufflets offrent une rigidité en torsion élevée pour leur taille avec une capacité de désalignement limitée, tandis que les accouplements à disque en acceptent davantage. Les modèles en élastomère utilisent un élément en caoutchouc ou en polymère pour amortir les vibrations au lieu de simplement les tolérer.

La gamme d'accouplements d'arbre flexibles d'Accu reflète cette même répartition des objectifs. Les raccords à poutres en spirale sont des raccords monoblocs à coupe hélicoïdale usinés à partir d'aluminium - Aerospace (grade 7075), offrant une connexion rigide sans jeu pour un positionnement précis dans le codeur et les petits servocommandes. Les accouplements à gain élevé utilisent plutôt un noyau en caoutchouc moulé entre les moyeux en aluminium (Grade 2017), offrant ainsi une certaine rigidité à un véritable amortissement des vibrations dans les servomoteurs et les transmissions pas-à-pas fonctionnant à grande vitesse.

Raccords d'arbre rigides et flexibles : principales différences

Le tableau ci-dessous présente les deux types de couplage côte à côte en fonction des facteurs qui déterminent réellement lequel appartient à une application donnée.

Il y a une mise en garde à ce compromis : les accouplements flexibles résistants à la torsion tels que les modèles à poutre, à soufflet et à disque combinent un contrecoup proche de zéro avec une certaine tolérance au désalignement, raison pour laquelle ils constituent le choix habituel dans les servovariateurs et les codeurs.

Le schéma pour tous les facteurs est le même : un couplage rigide échange tolérance contre certitude et un couplage flexible échange une petite quantité de certitude contre tolérance. Dans l'abstrait, ce n'est pas non plus le meilleur couplage. Chacun est le bon raccord pour un ensemble spécifique de conditions de fonctionnement.

Comment choisir entre un accouplement rigide et un accouplement flexible

Commencez par la précision avec laquelle les deux arbres peuvent être alignés, et non par la précision avec laquelle le dessin indique qu'ils devraient être. Si le moteur et le composant entraîné reposent sur une seule plaque de base rigide, usinés et placés ensemble, un accouplement rigide est réaliste. S'ils sont montés sur des structures séparées, entraînés par une boîte de vitesses ou susceptibles de se déplacer légèrement lorsque la machine s'échauffe ou s'installe, un accouplement flexible fait un travail alors qu'un accouplement rigide ne peut pas faire son travail.

Ensuite, pesez le couple par rapport aux vibrations. Un accouplement rigide transmet le couple avec le moins de perte et le moins de jeu possible, ce qui est important pour les transmissions critiques en termes de positionnement. Un accouplement flexible sacrifie un peu cette précision pour protéger le reste de la transmission : les roulements du moteur, les boîtes de vitesses et les équipements entraînés durent tous plus longtemps lorsque les chocs et les vibrations sont amortis au niveau de l'accouplement au lieu d'être transportés directement à travers celui-ci.

Le choix de l'accouplement n'est pas isolé. Trois autres facteurs d'ajustement doivent convenir au même arbre, et le fait de se tromper sur l'un d'entre eux annule un accouplement correctement choisi :

• Collier ou collier de serrage : place l'accouplement sur l'arbre et doit correspondre à son alésage et à sa méthode de verrouillage.

• Clavette : empêche la rotation de l'accouplement par rapport à l'arbre, de sorte que son ajustement fait partie de la même décision de spécification que l'accouplement lui-même.

• Tolérance d'alésage : l'accouplement est alésé selon une tolérance spécifique, et un alésage desserré ou serré deviendra rugueux et s'usera tôt, quel que soit le type d'accouplement auquel il appartient.

Quel que soit le type d'accouplement que vous choisissez, le même soin apporté à l'ajustement protège les roulements de chaque côté de celui-ci.

Principaux points à retenir

Le choix entre un accouplement d'arbre rigide et un accouplement flexible dépend de la précision avec laquelle vos arbres sont alignés et de la quantité de vibrations contre laquelle le reste de la transmission doit être protégé. Faites preuve de discernement et l'accouplement devient la pièce la plus fiable du variateur, et non la pièce qui tombe en panne en premier.

• Adaptez l'accouplement à l'alignement, et non au couple : un accouplement rigide maintient deux arbres dans une relation fixe sans aucune tolérance au désalignement, ce qui permet d'obtenir un jeu de jeu quasi nul et la transmission de couple la plus directe disponible. Cela ne fonctionne que si les arbres sont alignés avec précision et le restent.

• Attendez-vous à ce qu'un accouplement flexible donne un peu d'effet, à dessein : les accouplements flexibles tolèrent un léger désalignement angulaire, parallèle ou axial, généralement de l'ordre de 1 à 2 degrés, selon la conception, et atténuent les vibrations qui atteindraient autrement les roulements.

• Laissez la précision de l'alignement décider, pas la préférence : lorsque les arbres reposent sur une seule base rigide et restent ainsi, un accouplement rigide est le choix le plus précis. Lorsqu'ils sont montés séparément, entraînés par une boîte de vitesses ou susceptibles de changer de vitesse au fur et à mesure que la machine fonctionne, un accouplement flexible fait un travail que ne peut pas faire un accouplement rigide.

• Ne considérez jamais l'accouplement comme l'ensemble des spécifications : l'ajustement de la clavette, la tolérance d'alésage et l'emplacement du collier d'arbre ont tous une incidence sur les performances de l'un ou l'autre des accouplements et une erreur annulera un accouplement correctement choisi.

• Découvrez la gamme d'Accu pour répondre à ces deux besoins : les raccords à poutres en spirale, usinés en aluminium - Aerospace (grade 7075), offrent une connexion sans jeu pour un positionnement précis. Les accouplements à gain élevé associent un noyau en caoutchouc moulé à des moyeux en aluminium (Grade 2017) pour un véritable amortissement des vibrations. Parcourez la gamme d'accouplements d'arbre flexibles d'Accu pour spécifier le bon accouplement dès la première fois, avec des modèles CAO et un certificat de conformité disponibles sur chaque annonce.

Lectures complémentaires

• Qu'est-ce que Backlash in Gears ?

• Comment fonctionne un moteur pas à pas

• Comment mesurer les roulements et les identifier par code

• Introduction aux composants de mouvement linéaire et rotatif

FAQ

Q : Quelle est la différence entre un accouplement rigide et un accouplement flexible ?

R : Un accouplement rigide bloque deux arbres l'un contre l'autre sans risque de désalignement, ce qui permet une transmission de couple maximale et un jeu quasi nul. Un accouplement flexible permet un léger désalignement angulaire, parallèle ou axial et absorbe les vibrations, ce qui nuit à la précision du positionnement.

Q : Quels sont les trois types de raccords ?

R : Les raccords sont le plus souvent regroupés en deux catégories : les raccords rigides, les raccords flexibles et une troisième catégorie, moins courante, comme les raccords magnétiques ou hydrauliques. Les accouplements magnétiques transmettent le couple à travers un petit entrefer à l'aide d'aimants plutôt que d'une connexion mécanique. Il n'y a donc aucun contact physique et aucune possibilité de désalignement endommageant l'accouplement lui-même, bien qu'ils ne puissent pas supporter le couple qu'un accouplement mécanique peut supporter.

Q : Quand devriez-vous utiliser un accouplement flexible au lieu d'un accouplement rigide ?

R : Utilisez un accouplement flexible chaque fois que l'alignement des arbres ne peut pas être garanti, que ce soit parce qu'ils sont montés sur des structures séparées, entraînés par une boîte de vitesses, soumis à des mouvements thermiques ou chaque fois que la transmission doit être protégée contre les vibrations et les chocs.

Q : Quels sont les inconvénients des accouplements rigides ?

R : Les accouplements rigides exigent un alignement précis de l'arbre lors de l'installation et ne peuvent pas absorber les vibrations ni les chocs. Tout défaut d'alignement ou toute charge dynamique sont donc transmis directement dans les roulements et scellent les deux côtés de l'accouplement, accélérant ainsi l'usure.

Q : À quoi servent les raccords rigides ?

R : Les accouplements rigides conviennent aux applications où les arbres sont alignés avec précision et où la précision de la transmission du couple ou du positionnement est plus importante que la tolérance au désalignement, y compris les broches des machines-outils, les bancs d'essai, les axes robotiques et les machines rotatives à grande vitesse telles que les turbines et les pompes.

Q : Quels sont les différents types d'éléments d'accouplement flexibles ?

R : Les accouplements flexibles fonctionnent grâce à différents mécanismes : une fente hélicoïdale usinée dans les accouplements de poutres, des dents d'engrènement dans les accouplements à engrenages, des mâchoires imbriquées dans les accouplements à mâchoires, un noyau moulé en élastomère ou en caoutchouc dans les accouplements en élastomère et à gain élevé et un diaphragme en métal ondulé dans les raccords à soufflet.