Types d'accouplements de moteurs électriques : un guide de sélection complet

Pourquoi la sélection du couplage est importante dans les systèmes motorisés

Chaque chaîne cinématique d’un moteur électrique possède au moins un accouplement – l’interface mécanique entre l’arbre de sortie du moteur et tout ce que le moteur fait tourner. Il s’agit de l’un des composants les plus spécifiés et le plus souvent sous-spécifié des machines industrielles. Obtenez le bon accouplement et il disparaît à l'arrière-plan, transmettant le couple de manière fiable pendant des années. Si vous vous trompez, les conséquences se manifestent rapidement : défaillance prématurée des roulements, fatigue de l'arbre, vibrations qui se propagent dans l'ensemble de la machine et temps d'arrêt imprévus.

La raison pour laquelle la sélection des couplages est plus complexe qu’il n’y paraît est que les couplages doivent faire plusieurs choses simultanément. Ils transmettent le couple. Ils s'adaptent aux inévitables désalignements entre les arbres (angulaires, parallèles et axiaux) résultant des tolérances de fabrication, de la dilatation thermique et de la déflexion sous charge. Et selon le type, ils peuvent également amortir les chocs de torsion, protéger les équipements en aval des surcharges ou maintenir un jeu nul pour un positionnement précis. Aucun type d'accouplement ne fait toutes ces choses aussi bien, c'est pourquoi la gamme de conceptions disponibles est si large.

Les sections ci-dessous couvrent les principales catégories d'accouplements utilisées dans les applications de moteurs électriques, les principes physiques derrière chacune et les critères de sélection qui déterminent quel type appartient à un système d'entraînement donné.

Accouplements flexibles : le cheval de bataille à usage général

Les accouplements flexibles constituent la catégorie d’accouplements la plus largement déployée dans les applications de moteurs électriques. Leur caractéristique déterminante est la présence d'un élément flexible - généralement un élastomère, un ressort ou une fine membrane métallique - qui permet à l'accouplement de s'adapter au désalignement entre les arbres sans transmettre les forces résultantes aux roulements et aux joints.

Accouplements à mâchoires (araignées) font partie des conceptions d’accouplement flexibles les plus courantes. Deux moyeux métalliques – généralement en alliage d'aluminium ou en acier – engagent un élément araignée en élastomère entre eux. L'araignée transmet le couple par compression tout en absorbant les charges de choc et les désalignements angulaires et parallèles mineurs. La dureté des araignées est une variable clé de sélection : les araignées plus souples absorbent plus de chocs mais offrent une capacité de couple inférieure et peuvent être endommagées par des surcharges prolongées ; les araignées plus dures supportent des couples plus élevés mais transmettent plus de vibrations. Les accouplements à mâchoires sont largement utilisés dans les pompes, les convoyeurs, les ventilateurs et les entraînements industriels généraux.

Accouplements de pneu (pneu) utiliser un élément élastomère continu en forme de pneumatique. La grande flexibilité de l'élément de pneu s'adapte à des désalignements plus importants que les accouplements à mâchoires (en particulier un désalignement angulaire) et offre une excellente isolation vibratoire. Ils ne nécessitent aucun entretien, aucune lubrification et sont utilisés dans les applications à faible vitesse où la compensation du désalignement est la principale exigence. Accouplements à broches élastiques (bague à broches) transmettent le couple via des broches équipées de bagues en caoutchouc ou en nylon, offrant une flexibilité modérée et une bonne absorption des chocs, avec l'avantage supplémentaire d'un remplacement simple des éléments sans perturber l'alignement de l'arbre.

celui de Rokang gamme d'accouplements flexibles couvrant les pneus, les goupilles élastiques et les conceptions élastomères associées répond aux exigences d’accouplement flexible à usage général dans cette gamme d’applications.

Servo-accouplements : précision pour les applications de contrôle de mouvement

Les applications de servomoteurs (machines-outils CNC, robotique, équipements semi-conducteurs, bancs d'essai de précision) imposent des exigences auxquelles les accouplements flexibles à usage général ne peuvent pas répondre. La principale exigence est un jeu nul : tout jeu angulaire dans l’accouplement se traduit directement par une erreur de positionnement au niveau de la charge. Une deuxième exigence est une rigidité en torsion élevée, afin que la dynamique de la boucle de commande d'asservissement ne soit pas compromise par un accouplement qui agit comme un ressort dans la transmission. Dans le même temps, l'accouplement doit toujours s'adapter aux désalignements d'arbre inhérents à toute installation réelle sans imposer de charges latérales sur les roulements du moteur.

Accouplements à membrane répondent à ces exigences grâce à un disque métallique mince et flexible (simple) ou un empilement de disques (doubles) qui transmettent le couple avec une rigidité en torsion élevée tout en fléchissant pour absorber le désalignement angulaire et axial. Les conceptions à diaphragme unique s'adaptent principalement au désalignement angulaire ; les conceptions à double diaphragme gèrent à la fois le décalage angulaire et parallèle. La construction entièrement métallique signifie aucune usure, aucune lubrification et aucune dégradation des performances au fil du temps, ce qui est essentiel dans les applications de précision où un comportement cohérent sur des millions de cycles est requis. celui de Rokang Accouplements à membrane pour servomoteurs pour applications CNC et entraînements de précision sont disponibles en alliage d'aluminium et en acier, dans des configurations à simple et double membrane, avec des options de fixation de moyeu par serrage et par vis de réglage.

Accouplements servo à mâchoire (araignée) dans la catégorie des servos, utilisez des éléments d'araignée plus rigides et des tolérances de fabrication plus serrées que leurs homologues à usage général, obtenant un jeu proche de zéro pour les servomoteurs légers à moyens. Accouplements Oldham utilisez une conception en trois pièces - deux moyeux et un disque central flottant - qui glisse sur des clés en croix pour s'adapter au désalignement parallèle sans jeu, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications où le décalage de l'arbre est le principal type de désalignement. Accouplements de poutres (hélicoïdaux) sont usinés à partir d'une seule pièce d'aluminium ou d'acier inoxydable avec des coupes hélicoïdales qui créent un élément flexible intégral — compact, sans jeu et adapté aux applications légères de servomoteurs, d'encodeurs et d'instruments. Accouplements à soufflet utilisez un élément à soufflet en métal ondulé qui offre une rigidité en torsion élevée avec une excellente adaptation au désalignement et un jeu nul, couvrant la plage supérieure des exigences de performance des servo-accouplements. celui de Rokang accouplements à mâchoires et à araignée conçus pour les systèmes d'asservissement et d'automatisation complètent l'offre de servo-accouplements aux côtés des types à membrane, à poutre, Oldham et à soufflet.

Accouplements à engrenages et accouplements à membrane haute vitesse : usage intensif et hautes performances

À des niveaux de couple et des tailles d'arbre plus élevés (entraînements industriels, laminoirs, grues, compresseurs, turbines), les exigences d'accouplement passent de la gestion du désalignement à une densité de couple maximale et à des performances fiables sous de lourdes charges soutenues.

Accouplements à engrenages transmettre le couple via l'engrènement des dents d'engrenage sur les moyeux internes et externes, le profil de dent couronné sur le moyeu extérieur permettant un désalignement angulaire et axial tout en maintenant la pleine capacité de charge. L'accouplement à engrenages à tambour (couronné) est la conception standard de l'industrie lourde : il offre le rapport de couple par diamètre le plus élevé de tous les types d'accouplement flexible et gère à la fois le déplacement angulaire et axial grâce à la géométrie des mailles dentaires. Pour les applications à charges lourdes nécessitant un arbre intermédiaire, les accouplements à engrenages avec roues ou disques de frein intégrés combinent la transmission du couple et la fonction de freinage en un seul composant. celui de Rokang accouplements à tambour pour systèmes d'entraînement industriels à forte charge couvrent les séries standard GICL/GIICL ainsi que les variantes de roues et de disques de frein pour les applications de grues et de convoyeurs.

Accouplements à membrane haute vitesse occupent un espace de performances différent : rigides en torsion, sans jeu, sans entretien et capables de fonctionner à des vitesses supérieures à 10 000 tr/min. Ces accouplements sont utilisés dans les turbomachines, les compresseurs, les générateurs et les bancs d'essai à grande vitesse où les exigences de lubrification des accouplements à engrenages sont inacceptables et où l'équilibre dynamique à des vitesses de rotation élevées est une spécification critique. Comme indiqué dans les directives de l'industrie de Ressource de référence de Machine Design sur la conception et les principes de sélection des accouplements flexibles , les accouplements entièrement métalliques, y compris les types à membrane et à disque, atteignent généralement des diamètres extérieurs plus petits et des poids inférieurs à ceux des alternatives en élastomère à couples équivalents - un avantage important dans les applications à grande vitesse où l'inertie et l'équilibre sont essentiels. celui de Rokang accouplements à membrane haute vitesse évalués jusqu'à 10 000 tr/min et au-delà sont conçus pour les applications de turbomachines, de production d’énergie et de bancs d’essai à grande vitesse.

Accouplements à ressort serpentin et accouplements à chaîne : solutions flexibles à couple élevé

Pour les applications qui nécessitent une absorption importante des chocs et une tolérance au désalignement ainsi qu'une capacité de couple élevée (convoyeurs lourds, équipements miniers, concasseurs, grands entraînements de pompes), deux conceptions d'accouplement sont particulièrement bien adaptées.

Accouplements à ressort serpentin transmettre le couple via un élément de ressort en acier continu en forme de S tissé entre les dents de deux moyeux opposés. Le ressort agit simultanément comme élément de transmission de couple et comme élément flexible, offrant une excellente absorption des chocs, une capacité de couple élevée et la capacité de s'adapter aux désalignements angulaires, parallèles et axiaux. Contrairement aux accouplements en élastomère, l'élément à ressort en acier ne se dégrade pas avec la température ou l'exposition aux huiles et aux produits chimiques, ce qui rend les accouplements à ressort serpentin bien adaptés aux environnements industriels difficiles. Ils sont également compacts en raison de leur couple nominal, ce qui est avantageux là où l'espace est limité. celui de Rokang accouplements à ressort serpentin pour les applications d'entraînement à couple élevé et à charge de choc sont disponibles en variantes standard, à montage rapide, à double bride et à disque de frein.

Accouplements à chaîne utilisez une chaîne à rouleaux double brin reliant deux moyeux à pignons. Ils sont simples à installer et à entretenir, tolèrent le désalignement du pas de chaîne et sont capables de transmettre un couple élevé à un coût relativement faible. La principale limitation est qu’ils nécessitent une lubrification périodique et ne sont pas adaptés aux applications à grande vitesse. Pour les entraînements à vitesse modérée et à couple élevé dans les environnements agricoles, miniers et industriels en général, les accouplements à chaîne restent une solution pratique et rentable.