Guide sur la transmission de puissance mécanique

Les machines ou les pièces d'une machine peuvent se déplacer grâce à l'entraînement, également appelé "unités motrices" ou "transmissions". L'entraînement est le terme général désignant différentes techniques de transmission de mouvement circulaire ou de translation et de puissance/capacité de la machine.

L'un des exemples le plus courant est l'entraînement des roues d'une voiture par le moteur. Dans l'industrie, les systèmes d'entraînement sont présents dans toutes les machines nécessitant un mouvement, comme les pompes, les ventilateurs, les préhenseurs, les tapis convoyeurs, etc. Il existe plusieurs types d'entraînement :

• Entraînements hydrauliques
• Entraînements pneumatiques
• Entraînements électriques
• Entraînements mécaniques

Dans ce guide, nous nous pencherons sur les entraînements mécaniques. Ce guide a pour but de vous informer sur les différents types d'entraînements mécaniques, sur leur fonctionnement et sur les différentes pièces qui les composent.

1. Comment fonctionne les transmissions de puissance mécanique ?

Les entraînements mécaniques constituent l'un des plus anciens types d'entraînement et sont régulièrement utilisés dans le secteur des hautes technologies. La puissance et le mouvement sont transmis par un moteur d'entraînement par courroie, par chaîne ou par engrenages. Un outil peut nécessiter les mêmes vitesse et puissance que le moteur d'entraînement, ou une vitesse et une puissance différentes. Dans ce dernier cas, on parle de transmission variable.

La puissance est généralement transmise d'un mouvement de rotation à un autre mouvement pivotant, mais le mouvement de rotation est parfois converti en un mouvement linéaire.

La technologie de transmission de puissance mécanique regroupe plusieurs méthodes de transmission de puissance et de vitesse :

• Entraînements par courroie dentée ou courroie trapézoïdale
• Entraînements par chaîne
• Accouplements d'arbres
• Entraînements par engrenages

2. Entraînements par courroie

La fonction principale des entraînements par courroie est de transmettre la puissance entre deux essieux parallèles au moyen d'une courroie. Les poulies (également appelées poulies à courroie) sont installées sur ces essieux de manière à ce qu'elles puissent se déplacer librement sur eux. La courroie utilisée est fermée et n'a donc pas de début ou de fin. Lorsque deux poulies ont le même diamètre, elles tournent à la même vitesse.

Cependant, lorsque le diamètre des essieux diffère, la vitesse augmente ou diminue. Les poulies d'un entraînement par courroie tournent généralement dans le même sens.

Il existe trois types d'entraînement par courroie : l'entraînement par courroie trapézoïdale, l'entraînement par courroie dentée et l'entraînement par courroie lisse. La plupart des systèmes d'entraînement sont équipés d'une courroie trapézoïdale ou d'une courroie dentée, qui seront présentées de manière plus détaillée ci-dessous.

Types d'entraînements par courroie trapézoïdale

Entraînement par courroie trapézoïdale

Les courroies trapézoïdales existent depuis le début du XXe siècle. L'entraînement par courroie trapézoïdale se compose de deux poulies ou plus, présentant une ou plusieurs rainures en forme de V sur leur surface extérieure. La courroie trapézoïdale est serrée sur ces rainures et lorsque la poulie motrice bouge, la courroie trapézoïdale assure le mouvement de la poulie entraînée.

Si la courroie trapézoïdale n'est pas suffisamment serrée ou si les rainures en V sont usées, la courroie peut glisser. Un glissement se produit également lorsqu'un système est bloqué. Plusieurs courroies trapézoïdales peuvent se déplacer ensemble sur une poulie pour transmettre davantage de puissance.

Entraînement par courroie dentée

Les entraînements par courroie dentée se composent de deux poulies ou plus avec des dents moulées sur leur surface extérieure permettant à une courroie dentée de s'insérer entre les poulies. Les dents de la courroie s'engagent dans les dents de la poulie et transmettent le mouvement d'un entraînement à l'autre. Contrairement aux entraînements par courroie trapézoïdale, les entraînements par courroie dentée présentent un jeu entre les dents très faible qui élimine le risque de glissement. En contrepartie, le rendement des entraînements par courroie dentée est supérieur à celui des entraînements par courroie trapézoïdale.

Calcul du rapport de vitesse

La vitesse de la poulie entraînée est facile à calculer. La formule suivante peut être utilisée pour le calcul :

d1 x n1 = d2 x n2

d1 = diamètre de la poulie 1

n1 = tours par minute de la poulie 1 (vitesse d'entraînement)

d2 = diamètre de la poulie 2

n2 = tours par minute de la poulie 2 (vitesse entraînée)

Il est possible que la vitesse de rotation de la poulie d'un entraînement par courroie trapézoïdale soit légèrement plus faible que celle indiquée par la formule. Cette différence peut être due à un glissement, qui est susceptible de se produire avec un entraînement par courroie trapézoïdale mais pas avec les entraînements par courroie dentée.

Utilisation d'un entraînement par courroie

Les entraînements par courroie sont généralement utilisés dans les pompes et les ventilateurs industriels, ainsi que dans les tables à rouleaux ou les tapis de convoyage, les compresseurs, etc.

Avantages de l'utilisation d'un entraînement par courroie

Premièrement, les entraînements par courroie permettent une transmission fluide de la puissance d'un composant à l'autre sur une plus longue distance. Ils présentent d'autres avantages :

• Excellent rendement ; les entraînements par courroie sont très efficaces (95 - 98 %)
• Facilité d'utilisation et légèreté
• Frais d'entretien réduits
• Longue durée de vie

Inconvénients d'un entraînement par courroie

L'un des inconvénients d'un entraînement par courroie trapézoïdale est le risque de glissement. Néanmoins, un glissement peut être voulu pour servir de sécurité en cas de blocage d'un entraînement. Les entraînements par courroie dentée n'offrent pas de possibilité de glissement.
Un entraînement par courroie présente d'autres inconvénients :

• L'entraînement n'est pas compact lorsqu'il est couplé à des applications utilisant une puissance motrice élevée.
• Le rapport de vitesse peut varier en raison du glissement et de l'étirement de la courroie.

3. Entraînements par chaîne

Similaire à l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne utilise deux "pignons" reliés par une chaîne. Cette chaîne est constituée d'une série de maillons qui s'alignent sur les pignons dentés. Les essieux tournent parallèlement et tous les pignons tournent dans le même sens. Tout comme l'entraînement par courroie dentée, l'entraînement par chaîne ne glisse pas et peut transmettre un mouvement sur une plus grande distance.

Utilisation d'un entraînement par chaîne

Les entraînements par chaîne les plus connus sont ceux des vélos et des motos, mais ils sont également fréquemment utilisés dans le secteur agricole et les machines industrielles.

L'entraînement par chaîne est réputé pour trois raisons principales :

1. Transmission de puissance : un entraînement par chaîne peut transmettre la puissance (vitesse et couple) d'une pièce à l'autre, même dans un espace restreint.
2. Transport : un entraînement par chaîne peut être utilisé pour transporter des matériaux (en les déplaçant, poussant, tirant ou transportant) au moyen de broches fixées à la chaîne. Ce type d'entraînement sert à transporter notamment des caisses, du bois, du verre, etc.
3. Temps : un entraînement par chaîne peut aussi être utilisé pour effectuer le suivi du temps ou une synchronisation.

Avantages

De la même manière que les entraînements par courroie dentée, les entraînements par chaîne ne peuvent pas glisser. Ils présentent d'autres avantages :

• Rapport de vitesse élevé possible
• Bon rendement, faible perte d'énergie
• Possibilité de supporter des températures élevées, des fluides et de la saleté
• Montage facile

Inconvénients

Un entraînement par chaîne est plus bruyant qu'un entraînement par courroie et nécessite un entretien plus fréquent. Il présente d'autres inconvénients :

• La chaîne doit être lubrifiée fréquemment
• Il peut présenter des variations de vitesse lorsqu'une longue chaîne est utilisée, en particulier avec des pignons plus petits
• Il peut causer des vibrations fréquentes

Glossaire de l'industrie

Dans le glossaire de l'industrie, nous définirons les principaux termes et abréviations utilisés dans les industries servies par Maagtechnic, comme le secteur primaire, l'industrie pharmaceutique, l'industrie alimentaire et le secteur de l'énergie et des transports.
Lire le glossaire

5. Entraînements par engrenages

Étant donné qu'un entraînement par engrenages est utilisé pour transmettre le couple et la puissance d'un arbre à l'autre, tout comme les autres types d'entraînements, ils sont souvent utilisés pour modifier le sens de rotation ou l'angle de déplacement. De plus, les entraînements par engrenages servent à augmenter ou réduire un couple ou une plage de régimes. Ce type d'entraînement est équipé d'un engrenage d'entrée et d'un engrenage de sortie, également appelés engrenage moteur et engrenage entraîné. Tout comme les entraînements par courroie et par chaîne, les entraînements par engrenages ne produisent pas de glissement.

Calcul du rapport de vitesse

Il est possible de calculer le rapport de vitesse (également appelé rapport d'engrenage) d'un entraînement. Le rapport est déterminé par le nombre de dents des engrenages d'entrée et de sortie. Si l'engrenage d'entrée comporte 20 dents et l'engrenage de sortie 10, le rapport sera de 2:1. La formule suivante permet de déterminer facilement le rapport de vitesse :

z1 x n1 = z2 x n2

z1 = nombre de dents de l'engrenage d'entrée

n1 = nombre de tours par seconde de l'engrenage d'entrée

z2 = nombre de dents de l'engrenage de sortie

n2 = nombre de tours par seconde de l'engrenage de sortie

Utilisation d'un entraînement par engrenages

Les entraînements par engrenages sont souvent utilisés lorsqu'une puissance élevée doit être transmise sur une courte distance. Lorsqu'un petit engrenage déplace un grand engrenage, la puissance augmente. À l'inverse, lorsqu'un grand engrenage déplace un petit engrenage, la puissance diminue, ce qui entraîne l'augmentation de la vitesse.

Avantages

Bien qu'ils soient compacts, les entraînements par engrenages couvrent une grande plage de régimes, ce qui rend leur utilisation idéale dans les espaces réduits. Ils présentent d'autres avantages :

• Absence de glissement
• Rapport de vitesse constant
• Transmission performante capable de transmettre une grande puissance
• Longue durée de vie des engrenages

Inconvénients

Un entraînement par engrenages n'est pas adapté aux essieux longs. Il présente également les inconvénients suivants :

Ne constitue pas la meilleure solution pour les vitesses élevées
Doit faire l'objet d'un entretien régulier : les rapports doivent être lubrifiés fréquemment
Bruyant à vitesse élevée
Moins économique que les entraînements par courroie ou par chaîne
Engrenages supplémentaires augmentant le poids global
Statique, peu flexible
Les engrenages s'endommagent facilement en cas de choc