Accouplement de moteur flexible : types, limites de désalignement et étapes de sélection

Une pompe centrifuge de 15 kW dans une usine chimique consommait tous les huit mois des accouplements de moteur flexibles à mâchoires. Le couplage n'était pas le problème. Les mesures ont montré que les arbres du moteur et de la pompe étaient espacés de 0,9 mm, décalés parallèlement et désalignés de 0,6 degrés, soit environ trois fois ce que l'insert araignée pouvait absorber. Le remplacement a échoué de la même manière. Un accouplement moteur flexible est une pièce transmettant le couple avec une tolérance de désalignement fixe et finie. Le traiter comme un remède à un mauvais alignement est le moyen le plus fiable de continuer à acheter la même pièce deux fois par an.

Ce que fait un accouplement de moteur flexible et ce qu'il ne peut pas faire

Un accouplement moteur flexible relie l'arbre du moteur à l'arbre d'entrée d'une pompe, d'un réducteur, d'un compresseur, d'un ventilateur ou d'une machine-outil. Il effectue trois tâches à la fois : il transmet le couple, il absorbe les petits décalages d'arbre qu'aucune installation réelle n'élimine et il réduit les vibrations et les chocs qui autrement atteindre les roulements du moteur et les dents des engrenages. Le mot flexible décrit l'élément de travail, qu'il s'agisse d'un insert en élastomère, d'un soufflet métallique, d'un paquet de disques en acier inoxydable, d'une section de poutre hélicoïdale ou d'une grille à ressorts. Il ne décrit pas une capacité illimitée à avaler un désalignement.

Ce que la pièce ne fera pas compte tout autant. Il ne peut pas aligner deux arbres mal alignés, absorber la croissance thermique d'un long train d'arbres, compenser un pied mou ou agir comme une entretoise entre des machines qui auraient dû être positionnées correctement en premier lieu. Chaque conception flexible a également un coût. Les types élastomères amortissent bien les vibrations mais ont des limites de température et une durée de vie finie ; les types métalliques n'ont aucun jeu et tolèrent la chaleur mais transmettent les vibrations et peuvent se fatiguer. Les avantages, qui se résument à des charges de roulement inférieures, à moins de bruit et à une durée de vie plus longue de la machine, sont résumés dans cette note sur le avantages d'un accouplement flexible .

Les types d’accouplements de moteur flexibles que vous spécifierez réellement

Dans la pratique, les machines à moteur sont desservies par huit familles d'accouplements. Le tableau ci-dessous répertorie le désalignement que chacun gère en service et les entraînements sur lesquels il mérite sa place. Considérez les chiffres comme des valeurs de planification plutôt que comme des limites.

Deux règles comptent plus que les chiffres. Maintenez le désalignement de travail à environ un tiers de la tolérance nominale, car un accouplement fonctionnant déjà à sa limite n'a aucune réserve pour la croissance thermique ou le tassement des fondations. Et adaptez le matériau de l'élément à l'environnement : les inserts en nitrile sont confortables entre -40 °C et 100 °C environ, le polyuréthane un peu moins dans le haut de cette plage, tandis qu'un soufflet ou un pack de membrane est limité par la durée de vie plutôt que par la température.

Accouplement araignée à mâchoires en aluminium haute rigidité RSK-CPFJC Lors du dimensionnement d'un accouplement motorisé, cette unité mâchoire/araignée en aluminium sans jeu amortit les vibrations et compense le décalage sous le couple et le désalignement calculés. Voir le produit →

Séquence de sélection : couple, désalignement, vitesse, ajustement

Facteur de couple et de service

Partez de la machine entraînée, pas du moteur. Le couple requis est T = 9 550 x P/n, avec P en kW et n en tr/min, donc un moteur de 22 kW à 1 470 tr/min a besoin d'environ 143 Nm. Multipliez par un facteur de service : environ 1,5 pour les ventilateurs lisses et les pompes centrifuges, 2,0 pour les convoyeurs, les mélangeurs et les compresseurs alternatifs, et 2,5 ou plus pour les concasseurs, les presses à rouleaux et les entraînements inverseurs. Confirmez ensuite le couple maximal. Un moteur en ligne directe peut fournir deux à trois fois le couple nominal au démarrage, et la valeur nominale maximale de l'accouplement, et non sa valeur nominale continue, régit ce moment.

Budget de désalignement

Mesurez le décalage une fois les machines injectées et boulonnées, et non à partir du dessin. Ajoutez une croissance thermique entre les états froid et chaud. Choisissez ensuite une taille dont les tolérances nominales parallèles, angulaires et axiales sont au moins trois fois supérieures à ce que vous attendez. La surépaisseur axiale est la plus souvent oubliée : un accouplement à soufflet sur un train d'arbres qui grandit de 1 mm à chaud échouera en poussée bien avant de rompre en torsion.

Vitesse, équilibre et contrecoup

Au-dessus d'environ 3 000 tr/min, l'équilibrage devient un critère de sélection plutôt qu'une note de bas de page, et un accouplement qui se comporte à 1 500 tr/min peut vibrer à 6 000 tr/min si l'ensemble n'est pas équilibré dans son ensemble. Sur les axes d'asservissement et de positionnement, le jeu et la rigidité en torsion dépassent la capacité de couple, c'est pourquoi les moyeux de type pince et les éléments sans jeu remplacent les vis de réglage et les inserts en élastomère dans ces positions.

Détails d'installation qui déterminent la durée de vie du couplage

• Alignez-vous avec un comparateur à cadran ou un système laser sur deux plans, puis revérifiez après le premier jour de course.
• Réglez les moyeux de manière à ce que l'élément flexible se trouve à l'espace prévu et n'utilisez jamais l'accouplement pour fermer un espace entre l'arbre.
• Respecter l'ajustement de l'alésage. Un alésage H7 sur un arbre h6 avec la bonne clé glisse sans force ; un alésage lâche se frette en quelques semaines et un moyeu martelé endommage les roulements.
• Serrez les vis de serrage et les boulons des goupilles avec une clé calibrée, dans l'ordre indiqué sur le dessin.
• Gardez les éléments en élastomère à l'abri de l'huile, de l'ozone et de la lumière directe du soleil pendant leur stockage, et inspectez-les lors des arrêts planifiés plutôt que d'attendre une panne.

Modèles d'échec et ce qu'ils vous disent

• Un insert en forme d'araignée porté en forme de croissant indique un désalignement angulaire ; même l'usure sur tous les lobes indique une surcharge.
• Un soufflet métallique fissuré à côté d'une bride signifie généralement une surcourse axiale ou angulaire répétée, et non un défaut de matériau.
• Les manchons de broches aplatis ou fondus indiquent une chaleur ambiante ou radiante supérieure à la limite de l'élastomère.
• Un alésage de moyeu fretté et une rainure de clavette présentent un ajustement lâche combiné à une inversion de couple.
• Un accouplement fonctionnant à chaud sous une charge modérée est souvent surcomprimé axialement lors de l'installation.

Adaptation de l'accouplement à la machine entraînée

Sur une pompe centrifuge, un ventilateur ou un convoyeur à vis entraîné par un moteur à induction standard de 7,5 à 45 kW, un accouplement à mâchoires ou à broche à manchon élastique est généralement le choix judicieux. Les deux tolèrent un décalage parallèle et angulaire, amortissent l'ondulation de torsion du moteur et peuvent être réinstallés sur site en moins d'une heure sans déplacer aucune des machines.

Accouplement à broche à manchon élastique RSK-LT Pour les entraînements de moteurs à induction standard sur des ventilateurs, des pompes ou des convoyeurs, cet accouplement à broches élastiques à faible coût tolère le décalage et simplifie la maintenance sur site. Voir le produit →

Les axes d'asservissement et de positionnement sont un problème différent. Ici, le jeu compte plus que le couple brut, c'est pourquoi un soufflet métallique ou un accouplement à poutre avec des moyeux de serrage maintient la connexion rigide en torsion tout en permettant un petit décalage. Parce que le plage de couplage servo comprend les versions à poutre, à soufflet, à diaphragme, à mâchoire et Oldham, un seul style de montage peut être conservé sur toute une machine.

Accouplement servo à soufflet en alliage d'aluminium RSK-CPRC Pour les axes de positionnement servo et pas à pas où le jeu est important, cet accouplement à soufflet en acier inoxydable de type pince compense les petits décalages sans perdre en rigidité en torsion. Voir le produit →

Les bancs d'essai à grande vitesse, les turbocompresseurs et les broches de machines-outils dépassent les limites d'équilibre et de fatigue des élastomères, c'est là qu'un accouplement à membrane évalué à 10 000 tr/min prend le relais. Du côté lourd, les presses à rouleaux, les grues, les laminoirs et les arbres marins nécessitent des accouplements à engrenages à tambour ou à ressort serpentin, parfois avec une roue de frein, un arbre intermédiaire ou un moyeu divisé, et souvent sous forme d'assemblage personnalisé plutôt que sur catalogue.

Quoi envoyer à un fabricant pour un devis précis

Une citation de couplage est aussi bonne que les données qui la sous-tendent. Fournissez les éléments suivants avant de demander un prix :

• Puissance du moteur, vitesse et méthode de démarrage
• Diamètres d'arbre, dimensions de rainure de clavette et classe d'ajustement des deux côtés
• Désalignement parallèle, angulaire et axial mesuré ou attendu
• Cycle de service, niveau de choc et si le variateur s'inverse
• Température ambiante, humidité, poussière et produits chimiques
• Vitesse de fonctionnement et, au-dessus de 3 000 tr/min, inclinaison d'équilibrage requise
• Qu'il s'agisse d'une roue de frein, d'un disque de frein, d'un arbre intermédiaire ou d'un moyeu divisé

Avec cette liste, un fournisseur peut choisir une taille standard, recommander le matériau de l'élément et confirmer si un alésage modifié, une rainure de clavette ou un assemblage équilibré est requis. Ce niveau de personnalisation est courant dans la fabrication d'accouplements industriels, et il est généralement moins coûteux que de spécifier une unité standard surdimensionnée pour couvrir une inconnue.

L'accouplement est le composant le moins cher de la plupart des transmissions et il tombe en panne le plus souvent pour des raisons qui n'ont rien à voir avec l'accouplement lui-même. Fixez l'alignement, la taille pour le couple maximal, gardez un tiers de la marge de désalignement en réserve, et un accouplement moteur flexible durera plus longtemps que les roulements de chaque côté.