Accouplements élastomères : comment ils fonctionnent, types et guide de sélection

Qu'est-ce qu'un accouplement élastomère

Pressez un bloc de polyuréthane entre deux mâchoires en acier, boulonnez-le sur une paire d'arbres et vous obtenez le noyau de travail d'un accouplement en élastomère. La conception semble presque trop simple pour un usage industriel, mais ces accouplements transmettent régulièrement des centaines de newton-mètres de couple aux pompes, aux ventilateurs et aux entraînements de convoyeurs, 24 heures sur 24.

Un accouplement en élastomère relie deux arbres rotatifs à l'aide de moyeux métalliques à chaque extrémité et d'un élément flexible non métallique – généralement en caoutchouc ou en polyuréthane – pris en sandwich entre eux. L'élastomère effectue trois tâches à la fois : il transmet le couple de l'arbre d'entraînement à l'arbre mené, il fléchit pour absorber de petites quantités de désalignement de l'arbre et il amortit la transmission contre les vibrations et les chocs. Cette combinaison est la raison pour laquelle les conceptions en élastomère dominent les connexions moteur-pompe et moteur-ventilateur à usage général, où un alignement parfait de l'arbre est rarement pratique et où un peu de tolérance intégrée permet d'économiser les roulements.

Comment les accouplements élastomères transmettent le couple

Le couple ne passe pas par le contact métal sur métal dans ces accouplements : il passe par l'élastomère, et la manière dont il le fait divise la catégorie en deux familles.

Conceptions chargées en compression , comme les accouplements à mâchoires et à araignée, serrez l'élément flexible entre les pattes de verrouillage de chaque moyeu. Lorsque le moyeu moteur tourne, ses pattes s'appuient contre les lobes de l'araignée, qui à leur tour poussent contre les pattes du moyeu mené. L'élément n'est jamais étiré ou cisaillé, mais seulement comprimé, ce qui répartit les contraintes sur une plus grande surface et tend à prolonger la durée de vie.

Conceptions soumises à des charges de cisaillement , tels que les accouplements à broches et bagues ou de type pneu, font travailler l'élastomère dans un mouvement de torsion ou de flexion plutôt que par compression pure. Cette géométrie permet souvent une plus grande trajectoire de flexion et une plus grande capacité de désalignement, au prix d'une densité de couple maximale légèrement inférieure par rapport aux types à compression.

La plupart des accouplements en élastomère comportent également une marge de sécurité intégrée : si l'élément flexible s'use ou tombe en panne, les caractéristiques du moyeu métallique sur de nombreux modèles établissent un bref contact mécanique, permettant au couple de continuer à circuler à capacité réduite suffisamment longtemps pour un arrêt contrôlé plutôt qu'une perte soudaine d'entraînement.

Tapezs de couplages élastomères courants

Tous les accouplements élastomères ne se ressemblent pas et les différences comptent pour la sélection. Trois modèles couvrent la majeure partie des applications industrielles.

• Accouplements à mâchoires et à araignée utilisez deux moyeux avec des mâchoires imbriquées et une araignée en élastomère en forme d'étoile entre eux. Ils sont compacts, faciles à entretenir (l'araignée peut être remplacée sans déplacer aucun des arbres) et tolèrent un désalignement angulaire et parallèle modéré.
• Attelages de pneus remplacez l'araignée par un « pneu » entièrement en caoutchouc enroulé autour des deux moyeux. Le volume de flexion plus important leur confère la plage de désalignement la plus large de la famille des élastomères, ainsi qu'une forte isolation électrique entre les arbres, ce qui est important là où les courants vagabonds menacent les roulements.
• Accouplements à broches élastiques (goupilles et bagues) passer les broches métalliques gainées de bagues en caoutchouc à travers les trous de deux brides d'accouplement. Les broches en acier supportent une plus grande charge directe que dans une conception en élastomère pur, ce qui augmente la capacité de couple tout en gardant l'absorption des chocs intacte.

Sélection des matériaux élastomères et de la dureté

Le bloc de caoutchouc ou de polyuréthane nécessite plus de travail d'ingénierie que sa simple forme ne le suggère, et la qualité du matériau choisie modifie le comportement de l'accouplement sous charge.

Le caoutchouc naturel offre un fort amortissement des vibrations et fonctionne bien dans des conditions froides, mais sa résistance aux huiles et aux températures élevées est limitée. Le polyuréthane échange un peu d'amortissement contre une capacité de couple plus élevée, une meilleure résistance à l'usure et une bien meilleure résistance à l'huile, c'est pourquoi il domine l'utilisation industrielle générale. Les élastomères spéciaux tels que l'Hytrel comblent le fossé, conservant leurs propriétés sur une plage de températures plus large pour les environnements exigeants.

Dans tout matériau donné, la dureté est la variable qui ajuste les performances. Les composés plus souples fléchissent plus facilement et amortissent mieux les vibrations, mais transmettent moins de couple avant de se déformer excessivement ; les composés plus durs supportent plus de couple et tiennent plus fermement sous charge, au prix d'une certaine absorption des chocs. Les fabricants notent cette propriété à l'aide de la dureté au duromètre, le plus souvent sur l'échelle Shore A, testée selon le Norme ASTM pour la dureté d'indentation du caoutchouc . Un élément plus souple dans la gamme 80-85 Shore A convient aux applications où l'amortissement est le plus important, tandis qu'un élément plus ferme proche de 95-98 Shore A convient aux entraînements qui nécessitent une densité de couple plus élevée avec moins de flexion.

Compensation du désalignement et amortissement des vibrations

Dans le monde réel, les arbres ne sont jamais parfaitement alignés et les accouplements en élastomère existent en grande partie pour rendre cette imperfection inoffensive.

• Désalignement angulaire se produit lorsque les deux axes centraux de l'arbre se croisent selon un angle plutôt que d'être parallèles. L'élastomère fléchit de manière inégale sur sa circonférence pour absorber cela sans transmettre la charge de flexion aux roulements.
• Désalignement parallèle Cela se produit lorsque les axes de l'arbre restent parallèles mais sont décalés d'un côté à l'autre. L'élément flexible se cisaille légèrement pour combler l'écart.
• Mouvement axial (flotteur d'extrémité) résulte de la dilatation thermique ou des changements de jeu des roulements. La plupart des conceptions en élastomère permettent un certain glissement axial sans transmettre les charges de poussée à travers la transmission.

Les performances d'amortissement proviennent de la même flexibilité. À mesure que le couple fluctue – en raison des pics de démarrage du moteur, des charges inégales sur un convoyeur ou du chargement cyclique dans une pompe à mouvement alternatif – l'élastomère s'étire et se détend légèrement plutôt que de traverser chaque pic directement. Cela atténue les vibrations de torsion avant qu'elles n'atteignent les roulements et les boîtes de vitesses, raison principale pour laquelle les accouplements en élastomère durent souvent plus longtemps que les connexions rigides dans les applications à charge variable.

Sélection du bon accouplement élastomère

Choisir le mauvais type d’accouplement est une cause de défaillance plus courante que d’en choisir un simplement sous-dimensionné. Une courte séquence de décision maintient la sélection ancrée dans les conditions de fonctionnement réelles.

1. Calculer le couple maximal , y compris le démarrage et toute charge de choc, et appliquez un facteur de service (généralement 1,25 à 2,5) approprié à l'équipement entraîné.
2. Évaluez l’alignement réalisable. Si l'alignement de l'installation est approximatif ou change avec le temps, privilégiez une conception offrant une capacité de désalignement généreuse, telle qu'un accouplement de pneu, plutôt qu'un type de mâchoire à tolérance plus serrée.
3. Pesez l’exposition aux vibrations et aux chocs. Les compresseurs alternatifs, les concasseurs et les entraînements de convoyeurs marche-arrêt bénéficient de qualités d'élastomère plus souples qui donnent la priorité à l'amortissement.
4. Vérifiez l'environnement d'exploitation. L'exposition au pétrole favorise le polyuréthane par rapport au caoutchouc naturel ; de larges variations de température peuvent nécessiter un composé spécialisé.
5. Confirmer l'alésage, la vitesse et la taille par rapport à l'enveloppe nominale du fabricant pour la famille d'accouplements présélectionnée.

Pour une comparaison plus large des conceptions élastomères contre les accouplements rigides, à engrenages et à membrane, ce guide complet des types d'accouplements d'arbre moteur parcourt l’arbre de décision complet plus en détail.

Signes de maintenance et de défaillance

Les accouplements en élastomère ne nécessitent pratiquement aucun entretien par rapport aux conceptions à engrenages ou à grille lubrifiées, mais l'élément flexible s'use et mérite une attention périodique. Lors de l'inspection de routine, recherchez des fissures ou des gerces sur la surface de l'élastomère, un allongement visible ou une déformation permanente dans une araignée comprimée, une augmentation notable des vibrations ou du bruit provenant de la zone d'accouplement, ainsi que tout durcissement ou décoloration suggérant une dégradation chimique ou thermique.

L'avantage de la conception en élastomère apparaît ici : sur la plupart des accouplements à mâchoires, à pneus et à bagues, l'élément flexible peut être remplacé sans perturber l'alignement de l'arbre ni tirer l'une ou l'autre des machines connectées, transformant ce qui serait une réparation majeure sur d'autres types d'accouplement en un échange de pièces de routine. Explorez le gamme complète de modèles d'accouplements flexibles pour comparer les tailles d'alésage, les couples nominaux et les matériaux des éléments par rapport à vos exigences spécifiques en matière d'entraînement.