Explication des accouplements à membrane : conception, limites de désalignement et applications

Un train de pompes de circulation pétrochimique perdait un accouplement à engrenages tous les neuf mois. La cause fondamentale était une bride de sortie du moteur située à 1,2 mm au-dessus de l'entrée de la pompe, un nombre bien dans les tolérances d'alignement à froid mais destructeur pour les dents d'engrenage lubrifiées à 3 600 tr/min. L'équipe de maintenance a opté pour un accouplement à double membrane avec entretoise et l'intervalle de remplacement s'est étalé sur quatre ans. Ce résultat est typique : les accouplements à membrane échouent moins souvent car ils n'ont pas de dents à user, pas de graisse à perdre et pas d'élastomère à vieillir.

Comment fonctionne un accouplement à membrane

Un accouplement à membrane transmet le couple à travers un mince disque métallique ou une pile de disques minces, boulonnés alternativement aux brides d'entraînement et d'entraînement. Lorsque la rotation commence, le chemin de couple traverse le diaphragme en cisaillement et en tension autour du cercle de boulons. Le disque se déforme élastiquement pour absorber les mouvements angulaires et axiaux, ce qui rend l'accouplement flexible.

Un ensemble complet contient généralement un moyeu gauche, un bloc de membranes, un arbre d'espacement, un deuxième bloc de membranes et un moyeu droit. L'arbre d'espacement permet à l'accouplement de combler un espace entre deux arbres de machine, et c'est également l'élément qui permet des conceptions à double flexion.

Deux règles régissent presque toutes les décisions en matière de couplage à membrane. Premièrement, un seul jeu de diaphragmes gère uniquement le désalignement angulaire. Si la machine a un décalage d'arbre parallèle, vous avez besoin de deux jeux de diaphragmes espacés, car cette combinaison crée une section centrale flottante qui traduit le décalage en déviation angulaire. Deuxièmement, étant donné que le couple circule à travers des joints boulonnés précontraints, les accouplements à membrane sont intrinsèquement sans jeu.

Conceptions à diaphragme simple ou double

La distinction est plus importante que ne l’admettent la plupart des comparaisons de fiches techniques. Un accouplement à membrane unique est rigide dans toutes les directions sauf axiale et angulaire. Il convient aux moteurs, codeurs et capteurs de couple à couplage direct où les arbres sont alignés à quelques fractions de millimètre près. Une unité à double membrane est le bon choix lorsque vous devez accepter un décalage mesuré tout en transmettant le couple en douceur.

Les packs à membrane unique en alliage d'aluminium à haute résistance maintiennent une faible inertie, ce qui est précieux pour les servo-axes et les tables de positionnement. Cette configuration est disponible avec des moyeux de serrage sur une gamme d'alésages compacts.

Accouplement à membrane unique en aluminium RSK-CPSM avec moyeux de serrage Cet accouplement utilise un manchon en alliage d'aluminium à haute résistance et un diaphragme en acier inoxydable 304. Sa faible inertie et sa rigidité en couple élevée conviennent aux axes d'asservissement et aux tables de positionnement nécessitant un contrôle de rotation précis. Voir le produit →

Lorsque la transmission présente un décalage parallèle qui ne peut être éliminé, un accouplement à double membrane en aluminium constitue une solution pratique pour les broches CNC et les axes de machines compacts.

Accouplement à double membrane en aluminium RSK-CPLF pour broches CNC Doté d'une conception à pince courte avec un manchon en alliage d'aluminium et des diaphragmes en acier inoxydable, cet accouplement permet le décalage parallèle dans les broches CNC compactes et les axes de machine, offrant un contrôle précis pour les servomoteurs et les moteurs pas à pas. Voir le produit →

Où les accouplements à membrane gagnent leur place

Les accouplements à membrane sont standard dans les équipements rotatifs où les temps d'arrêt sont coûteux et les vitesses sont élevées. La tâche la plus courante concerne les turbomachines : turbines à vapeur et à gaz, compresseurs centrifuges et grandes pompes de traitement. Ces machines tournent à des milliers de tours par minute, grossissent de plusieurs millimètres à mesure qu'elles chauffent et ne peuvent pas tolérer un couplage qui nécessite une attention particulière entre les révisions. Un accouplement à membrane en acier avec deux packs flexibles et une entretoise couvre toutes ces conditions sans lubrification.

La gamme d’applications est cependant plus large que celle des turbines. Des bancs d'essai à grande vitesse font fonctionner des accouplements à membrane entre le moteur d'entraînement et la bride de couple, où un jeu nul et un équilibre stable comptent plus que la capacité de couple brute. Les entraînements auxiliaires marins les utilisent là où l'atmosphère d'eau de mer pourrait attaquer les accouplements lubrifiés. Du côté de la précision, les servoréducteurs, les vis à billes et les broches CNC utilisent de petits accouplements à membrane en aluminium car ils n'introduisent aucun jeu et maintiennent une faible inertie.

Pour le fonctionnement en cellule de test à des vitesses allant jusqu'à 10 000 tr/min, un accouplement à membrane haute vitesse personnalisé équilibre plusieurs blocs de membrane avec des tolérances de fabrication serrées et une qualité d'équilibrage documentée pour un fonctionnement soutenu à haute vitesse.

Critères de sélection et erreurs de spécification courantes

Choisissez un accouplement à membrane en définissant six paramètres avant de consulter un catalogue :

1. Couple : utilisez le couple de pointe ou de surcharge, pas seulement le couple nominal du moteur, et appliquez un facteur de sécurité de 1,5 à 2 pour les charges cycliques.
2. Désalignement : mesurer les valeurs angulaires et de décalage à la température de fonctionnement et inclure la croissance thermique des carters de la machine.
3. Vitesse : confirmer le régime maximal de couplage et la pente d'équilibre par rapport à la vitesse continue la plus rapide que le train verra.
4. Déplacement axial : Tenez compte de la dilatation de l'arbre et choisissez une conception à double flexion avec entretoise si la course dépasse quelques dixièmes de millimètre.
5. Alésage et montage : choisir entre les moyeux à pince et les moyeux à clavette ; Les moyeux de serrage simplifient l'installation et suppriment le jeu des clés.
6. Environnement : la température, l'humidité et les produits chimiques de lavage déterminent la famille de matériaux, généralement l'aluminium ou l'acier inoxydable.

Deux erreurs de spécification reviennent. La première est le sous-dimensionnement pour le couple maximal : un accouplement qui maintient 1 000 N·m statiquement peut ne pas survivre indéfiniment à 500 N·m de couple cyclique à 6 000 tr/min, car le diaphragme se rompt en fatigue et non en surcharge statique. La seconde ignore la rigidité axiale. Dans une machine à couplage étroit, un accouplement axialement rigide peut pousser une force importante dans les roulements de l'équipement lorsque les arbres se développent thermiquement, de sorte que la course axiale spécifiée doit être adaptée à la croissance thermique réelle.

Comment les accouplements à membrane se comparent aux conceptions à engrenages et en élastomère

Les accouplements à membrane finissent généralement par concurrencer les accouplements à engrenages et les accouplements en élastomère.

Les accouplements à engrenages fournissent plus de couple par taille et acceptent plus de désalignement, mais ils ont besoin de graisse, leur jeu augmente de façon permanente à mesure que les dents s'usent et ils exigent un entretien discipliné. Les accouplements en élastomère sont peu coûteux et indulgents, mais ils adoucissent la transmission, abaissent les fréquences propres et s'usent plus rapidement sous un couple continu. Un accouplement à membrane se situe entre les deux : aucune lubrification, aucun jeu, une rigidité en torsion élevée et une capacité de désalignement modérée avec une durée de vie en fatigue prévisible. Les ingénieurs qui souhaitent examiner la logique de performance plus large derrière ce compromis peuvent lire le résumé de avantages du couplage sur le site de l'entreprise.

Entretien et durée de vie prévue

Les accouplements à membrane sont souvent étiquetés sans entretien car ils ne contiennent aucune pièce lubrifiée. En pratique, cela signifie que la maintenance est périodique et visuelle plutôt que constante.

• Inspectez les packs de membranes pour déceler des fissures, des frottements ou de la corrosion, en particulier autour des trous de boulons.
• Vérifiez les couples de serrage des boulons après les premières semaines de fonctionnement et après toute révision de l'accouplement.
• Vérifiez l'alignement, les marques d'équilibre et l'état des fixations lorsque la machine est ouverte pour l'entretien.

La durée de vie est limitée par la fatigue du métal et non par l'usure par glissement. Les grands raccords à membrane industriels en service propre durent généralement dix ans avant qu'un pack de membrane doive être remplacé. Lorsque des fissures de fatigue apparaissent, le pack de membranes est remplacé en tant que module et les moyeux et les entretoises peuvent continuer à fonctionner, ce qui maintient le coût du cycle de vie à un faible niveau.

Le moyen fiable de spécifier un accouplement à membrane n'est pas de le sélectionner uniquement en fonction de la taille de l'alésage. Définissez l'enveloppe de couple, le désalignement réel entre les brides à la température de fonctionnement, la classe de vitesse et d'équilibre, ainsi que le déplacement axial que l'équipement générera. Une fois ces chiffres notés, le choix de conception devient simple. Jiangsu Rokang fabrique des accouplements à simple et double membrane en aluminium et en acier ainsi que des unités à grande vitesse pour les équipements de test rotatifs, et la gamme complète est organisée par service sur le site corporatif .