Guide de couplage à disque : types de couplage à membrane, sélection et installation

Demandez à trois ingénieurs d'expliquer la différence entre un accouplement à membrane et un accouplement à disque et vous pouvez obtenir trois réponses différentes. Certains considèrent les deux noms comme des synonymes exacts. D'autres insistent sur le fait qu'un accouplement à membrane utilise une plaque métallique profilée, tandis qu'un accouplement à disque utilise une pile de fines plaques laminées. Les deux points de vue contiennent une part de vérité, et les conséquences pratiques sont généralement moindres que ne le suggère le langage marketing qui les entoure.

La version courte : les deux modèles appartiennent à la même famille d'accouplements à éléments métalliques rigides en torsion et sans jeu. Les deux transmettent le couple à travers un métal mince et flexible qui absorbe également le désalignement de l’arbre. La vraie question n'est pas "diaphragme ou disque", mais quel détail de construction correspond à votre réalité en matière de couple, de vitesse, de désalignement et de maintenance.

Couplage à membrane ou couplage à disque : deux noms pour une famille

Un accouplement à membrane utilise généralement un ou deux diaphragmes métalliques profilés, formés d'acier inoxydable ou allié à haute résistance et reliés aux moyeux par soudage, boulonnage ou joint serré. Le profil du diaphragme est conçu de telle sorte que le matériau fin fléchit élastiquement tout en transmettant un couple important de la jante du moyeu à l'entretoise ou au moyeu opposé.

Un accouplement à disque utilise un paquet de disques très fins, souvent d'une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 1 mm chacun, empilés et boulonnés ou rivetés en alternance afin que le couple soit partagé sur plusieurs couches. L'ajout de disques augmente la capacité de couple sans rendre l'élément trop rigide, c'est pourquoi les grands ensembles de disques sont courants sur les trains à grande puissance et à grande vitesse.

La terminologie varie selon la région et selon le catalogue. Ce que les fournisseurs nord-américains appellent habituellement un accouplement à disque est souvent vendu en Europe et en Asie sous le nom d'accouplement à membrane. Lorsque vous comparez des devis, comparez les dessins, le nombre de disques, l'épaisseur des éléments, les modèles de boulons et le désalignement nominal, et non le nom du produit.

Comment l'élément métallique supporte le couple et le désalignement

Dans les deux conceptions, le couple se propage à travers l’élément métallique flexible, qui travaille principalement en traction et en flexion plutôt qu’en cisaillement. C'est pourquoi les accouplements sont rigides en torsion : il n'y a pas de caoutchouc, pas de cannelure coulissante et pas de jeu entre les dents, de sorte que la position angulaire à l'entrée est reproduite à la sortie avec un jeu pratiquement nul. Cette qualité est importante dans le positionnement des entraînements, des machines d'impression et de papier, ainsi que de tout train où la perte de mouvement crée des problèmes de qualité.

Le désalignement est géré par la flexion élastique du même élément. Un seul paquet de disques ou diaphragme accepte normalement entre environ 0,5 et 1,5 degrés de désalignement angulaire. Le décalage parallèle n'est pas absorbé par l'élément lui-même ; il nécessite une entretoise ou un arbre intermédiaire entre deux packs. Le déplacement axial, la croissance thermique et les petites tolérances d'assemblage sont pris en compte dans des limites qui dépendent de l'épaisseur de l'élément et de la hauteur de l'empilement.

La rigidité axiale est le facteur décisif silencieux

Étant donné que les deux accouplements sont rigides dans le sens axial, ils repoussent contre les arbres lorsqu'ils sont étirés ou comprimés. Sur les équipements froids, cela est rarement important. Sur les équipements chauds, ou lorsqu'un long arbre grandit de plusieurs millimètres entre des conditions froides et chaudes, cette force de rappel charge continuellement les roulements. Un paquet de disques avec des couches plus nombreuses et plus fines est généralement un peu plus tolérant axialement qu'un seul diaphragme épais, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les paquets laminés dominent dans les turbomachines à haute température.

Comparaison face à face

Le tableau ci-dessous résume le comportement habituel des deux constructions. Considérez-le comme une orientation générale, car les limites réelles dépendent de la taille, du nombre de disques, de la conception des boulons et des propres tests du fabricant.

Où la différence apparaît réellement dans le service

Dans les conditions quotidiennes de l'usine, trois facteurs séparent les deux conceptions. Le premier est le joint boulonné. Les paquets de disques boulonnés peuvent être ouverts, inspectés et reconstruits, ce qui convient aux usines qui doivent documenter leur état à chaque révision majeure. Un diaphragme soudé est généralement remplacé comme un élément complet, ce qui est plus simple mais moins flexible si vous souhaitez prolonger la durée de vie en replaquant.

La seconde est la fatigue sous couple cyclique. Les entraînements inverseurs, les compresseurs alternatifs et les auxiliaires des laminoirs chargent l’élément des millions de fois. De fins disques laminés répartissent cette charge sur plusieurs couches, tandis qu'un seul diaphragme concentre la contrainte dans son profil. Les deux survivent bien lorsqu’ils sont correctement dimensionnés ; les deux échouent tôt alors qu’ils ne le sont pas.

Le troisième est l'environnement. Les éléments en acier inoxydable résistent à la plupart des atmosphères industrielles, mais les chlorures, les vapeurs acides et les brouillards salins les attaquent quand même. Dans ces conditions, l’épaisseur du disque est importante, car un disque mince perd sa section plus rapidement qu’un diaphragme plus épais.

Longues portées et entretoises

Chaque fois que les deux machines sont éloignées l'une de l'autre ou que l'accouplement doit être retiré sans déplacer l'une ou l'autre des machines, vous spécifiez en réalité un accouplement à entretoise. Deux packs d'éléments, un tube rigide et une longueur définie deviennent les paramètres décisifs. C'est la configuration que nous construisons le plus souvent pour les groupes motopompes, les bancs d'essai et les entraînements de broyeurs où l'accès pour la maintenance est restreint.

Accouplement à membrane d'espacement MPJ avec arbre intermédiaire Pour la transmission de puissance sur de longues portées, cet accouplement à membrane métallique de type entretoise compense le désalignement tout en offrant une rigidité en torsion élevée et un fonctionnement sans lubrification. Voir le produit →

Si vous installez l'une de ces unités, la procédure d'alignement mérite autant d'attention que la sélection elle-même. Nous avons présenté une présentation étape par étape des étapes d'installation de l'accouplement à membrane qui couvre la recherche du centre, la séquence de serrage des boulons et les vérifications à répéter après le premier passage à chaud.

Quand un couplage différent vous sert mieux

Les accouplements à éléments métalliques ne sont pas la réponse à tous les problèmes d'entraînement. Si vous avez besoin d'un couple très élevé à basse vitesse, que vous pouvez tolérer un petit jeu et que quelqu'un est disponible pour graisser l'accouplement, un accouplement à engrenages à tambour est souvent le choix le plus économique et le plus indulgent. Son profil de dent couronnée gère à la fois le déplacement angulaire et radial dans un seul boîtier compact, et il tolère l'alignement approximatif associé aux équipements de manutention lourds.

Accouplement à engrenages à tambour robuste série GA Pour les entraînements à couple élevé et à faible vitesse, cet accouplement à engrenages à tambour robuste compense le désalignement angulaire et radial et convient aux applications de manutention lourde, d'usine et marines. Voir le produit →

Les accouplements à ressort serpent conviennent aux entraînements soumis à des chocs où une certaine résilience en torsion est la bienvenue. Les accouplements en élastomère tels que les types à pneu, en étoile et à manchon amortissent les vibrations et sont peu coûteux à reboucher, mais leurs éléments en caoutchouc vieillissent, se ramollissent à la température et ajoutent une petite quantité d'enroulement que les systèmes de positionnement n'aiment pas. Les accouplements de sécurité appartiennent à une tout autre conversation, puisque leur rôle consiste à se desserrer ou à glisser lorsque le couple dépasse une valeur définie.

Comment nous construisons et vérifions ces accouplements

Zhongye Heavy Industry Technology fabrique des raccords à Zhenjiang, Jiangsu depuis 2014, et les raccords à éléments métalliques sont l'une de nos principales gammes de produits. La gamme couvre des conceptions à simple et double membrane, des types d'entretoises avec arbres intermédiaires et des variantes à couple plus élevé pour les applications lourdes. Parallèlement au catalogue standard, nous concevons et fabriquons des accouplements non standard, ce qui constitue souvent la solution la plus rapide lorsqu'une machine présente un diamètre d'arbre inhabituel, une portée impaire ou une enveloppe spatiale qui ne correspond à aucune taille du catalogue.

Accouplement à membrane élastique de type unique DMA Un accouplement métallique à clavette et à membrane unique pour un transfert de couple précis, offrant un jeu nul, une rigidité en torsion élevée et un fonctionnement sans lubrification. Voir le produit →

Nos ateliers comprennent un hall d'usinage lourd de 5 500 mètres carrés et un hall de précision de 4 600 mètres carrés, ce qui permet de produire en interne des grandes brides et des piles de disques fins. Le matériel entrant, le traitement thermique et les dimensions finales sont vérifiés avant expédition, et nous serons heureux de discuter des tolérances les plus importantes pour votre train particulier. Une description plus complète de nos capacités de fabrication et de tests est disponible sur la page des capacités de notre entreprise.

Une liste de contrôle de sélection pratique

Avant de choisir entre un accouplement à membrane et un accouplement à disque, rassemblez les informations suivantes. Cela raccourcira considérablement la conversation avec n’importe quel fournisseur.

1. Couple nominal et maximal du variateur, y compris le couple de démarrage et toute condition de décrochage.
2. Vitesse continue et maximale, ainsi que si le train franchit une vitesse critique de torsion.
3. Désalignement angulaire, parallèle et axial attendu après l'alignement, pas la figure idéale.
4. Distance entre les extrémités de l'arbre et espace disponible pour le retrait et le remontage.
5. Température ambiante et de fonctionnement, humidité, poussière et toute vapeur corrosive.
6. Diamètres d'arbre et détails de rainure de clavette ou de serrage des deux côtés.
7. Disposition des roulements et si les roulements peuvent accepter la force de rappel axiale de l'accouplement.
8. Politique de maintenance : remplacer en bloc ou ouvrir, inspecter et reconstruire sur place.

Les plats à emporter

Le couplage à membrane par rapport au couplage à disque est souvent une comparaison entre deux branches de la même famille plutôt que deux technologies rivales. Le paquet de disques laminés et le diaphragme profilé se comportent de la même manière : rigides en torsion, sans jeu, sans lubrification et capables d'une longue durée de vie lorsqu'ils sont correctement dimensionnés. Choisissez l'épaisseur des éléments, le nombre de disques, la rigidité axiale, les joints boulonnés ou soudés et les pratiques de maintenance que votre usine suit réellement.

Envoyez-nous les données de service et un simple croquis de la disposition de l'arbre, et nous vous dirons honnêtement quelle construction convient et où un engrenage à tambour ou un accouplement en élastomère vous servirait mieux.