Quels sont les composants clés d’un accouplement à mâchoires et comment sélectionner le bon ?

Un responsable de la maintenance nous a dit un jour qu'un moyen efficace de réduire les temps d'arrêt sur une ligne de conditionnement consistait à cesser de traiter l'accouplement comme une pièce de rechange générique. La différence ne résidait pas uniquement dans le couple nominal, mais dans le duromètre de l'araignée et l'ajustement de l'alésage. Un accouplement à mâchoires est un dispositif simple, mais pour bien le faire, il faut prêter attention aux mêmes paramètres qui entraînent d'autres défaillances de transmission : tolérance de désalignement, température de fonctionnement et charge de choc.

Pour les entraînements à couple faible à moyen fonctionnant dans une plage de vitesse pratique, un accouplement à mâchoires offre un bon équilibre entre coût, amortissement et facilité de remplacement. La conception se compose de deux moyeux avec mâchoires emboîtables et d'une araignée en élastomère remplaçable. La bonne nouvelle est que de nombreuses pannes sont évitables si vous comprenez ce que l'araignée voit pendant son fonctionnement.

Qu'est-ce qu'un accouplement à mâchoires et comment il fonctionne

A accouplement à mâchoires , également appelé accouplement araignée, est un accouplement flexible à entraînement positif. Les deux moitiés de moyeu se font face avec un petit espace et leurs mâchoires s'entrelacent comme un engrenage qui ne se touche pas. L'araignée en élastomère remplit l'espace libre. Lorsque l'arbre d'entraînement tourne, ses mâchoires de moyeu se pressent contre les dents du croisillon, qui transmettent la force au moyeu mené.

Étant donné que l'araignée peut se déformer, de petites quantités de désalignement angulaire, de décalage de l'arbre et de mouvement axial sont absorbées. L'accouplement amortit également les vibrations, ce qui contribue à protéger les roulements connectés. Une caractéristique importante est que l'araignée transmet le couple à travers son matériau. À mesure que le couple augmente, les dents du croisillon se compriment et cette déformation permet à la douceur de torsion d'absorber le couple de démarrage et de réduire les chocs transmis au moteur.

De par sa conception, l’araignée est généralement le composant le plus faible. Lorsque le système est surchargé, on s'attend généralement à ce que l'araignée tombe en panne avant les moyeux métalliques ou les arbres. Ce principe d'élément sacrificiel peut réduire considérablement le coût d'une panne, mais cela signifie également que le choix d'un croisillon trop rigide ou trop peu résistant peut entraîner des remplacements prématurés répétés.

Composants clés d'un accouplement à mâchoires

Les hubs

Les deux moyeux constituent la partie structurelle de l'accouplement. Ils sont généralement usinés en fonte pour les applications générales, en fonte ductile pour un couple plus élevé ou en acier lorsque la vitesse et le couple sont élevés ou lorsque les tailles d'arbre l'exigent. Le nombre de mâchoires varie en fonction de la taille de l'accouplement et ne constitue pas un indicateur de performance en soi. Au lieu de cela, la géométrie du moyeu détermine l'espace radial dans lequel l'araignée doit travailler et l'efficacité avec laquelle l'accouplement s'adapte aux différences d'alignement.

L'araignée élastomère

L'araignée est l'élément qui définit en grande partie les performances de l'accouplement. Son choix de matériau est une décision de sélection clé. Le polyuréthane, le NBR (caoutchouc nitrile) et l'élastomère thermoplastique sont les options dominantes et se comportent différemment en termes de dureté, d'amortissement et de résistance à la température.

La dureté est un facteur majeur dans le comportement de l'accouplement. Une araignée plus souple offre plus d'amortissement mais permet une déviation angulaire plus importante et présente un risque de surchauffe à grande vitesse. Une araignée plus dure transmet le couple avec moins de déchets mais transfère plus de chocs aux roulements connectés. Un choix approprié est une balance qui prend en compte les conditions réelles de démarrage et de fonctionnement.

Où les accouplements à mâchoires sont utilisés

Les accouplements à mâchoires sont courants dans les pompes, les petits ventilateurs, les convoyeurs, les mélangeurs, les machines d'emballage et les petits compresseurs. Ils ont tendance à fonctionner correctement lorsque la machine entraînée ne génère pas de fortes charges de choc et que le désalignement reste dans la plage nominale de l'accouplement. En général, plus le décalage angulaire et parallèle est faible, plus l’araignée a tendance à survivre longtemps.

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Pour les équipements de traitement tels qu'un agitateur ou une pompe sur une ligne de brassage, l'accouplement à mâchoires est souvent un choix pratique en raison de sa simplicité et de son faible coût de remplacement. Une pompe avec un accouplement mal aligné peut montrer une usure sur les bords de l'araignée en quelques milliers d'heures de fonctionnement.

Dimensionnement et sélection d'un accouplement à mâchoires

Commencez par calculer le couple nominal. La formule de base est la puissance (kW) divisée par la vitesse (RPM), multipliée par 9 550. Le résultat est le couple requis sous charge constante. Pour tenir compte du couple de démarrage, de l'accélération et de la surcharge, multipliez par un facteur de service. Le facteur de service est généralement fourni par le fabricant de l'équipement ou le fabricant de l'accouplement.

Après le couple, vérifiez les tailles d'alésage. Les diamètres d'arbre côté entraînement et côté entraîné déterminent la plus petite taille d'accouplement appropriée, car chaque plage d'alésage d'accouplement a une limite supérieure et inférieure. Un accouplement surdimensionné est plus lourd et plus coûteux, tandis qu'un accouplement sous-dimensionné peut provoquer une usure rapide du croisillon et éventuellement des dommages au moyeu si l'arbre glisse.

Deux autres limites sont faciles à manquer. Le régime nominal pour une taille d'accouplement donnée doit être vérifié par rapport à la vitesse de fonctionnement réelle, car le matériau de l'araignée peut se déformer excessivement à grande vitesse. Les limites de désalignement angulaire et parallèle ne doivent pas être traitées comme des valeurs de fonctionnement continues. Un fonctionnement à la limite peut réduire considérablement la durée de vie. Une règle pratique consiste à viser un désalignement sensiblement inférieur à la limite nominale de l'accouplement.

Pour un examen plus approfondi du processus de sélection pour différentes conditions de conduite, un guide sur la façon de sélectionner l'accouplement approprié explique les paramètres clés plus en détail.

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Quand utiliser un accouplement à mâchoires et quand ne pas le faire

Bonnes candidatures

Utilisez un accouplement à mâchoires pour les machines avec un couple modéré, des charges constantes ou légèrement variables et une compensation de désalignement requise dans la plage nominale de l'accouplement. Il est particulièrement adapté lorsque la transmission nécessite un amortissement sans ressort complexe ou élément métallique, et lorsque vous souhaitez remplacer un seul composant plutôt qu'un accouplement entier. Parce qu'ils sont simples et légers, les accouplements à mâchoires sont couramment utilisés pour les pompes et les petits entraînements.

Situations à éviter

Les accouplements à mâchoires ne remplacent pas un joint universel. Ils ne peuvent généralement pas s'adapter au désalignement angulaire élevé dont un arbre à cardan décentré aurait besoin. Évitez de sélectionner un accouplement à mâchoires lorsque la charge du processus comprend des chocs importants et constants provenant d'un concasseur, d'un laminoir ou d'un compresseur alternatif, car l'araignée peut tomber en panne rapidement et entraîner des temps d'arrêt. De même, évitez les accouplements à mâchoires lorsque la température de fonctionnement dépasse la température nominale continue de l'araignée ou lorsque l'environnement contient des produits chimiques qui dégradent l'élastomère.

À quoi ressemblent les problèmes sur le terrain

Les bords fissurés de l'araignée signifient souvent que le désalignement parallèle ou angulaire est trop important. Les dents d'araignée qui se brisent à la racine peuvent indiquer une surcharge ou une charge de choc dépassant la capacité de l'accouplement. Une araignée fondue ou collante indique généralement une vitesse excessive ou un effet adoucissant dû à la chaleur ou aux produits chimiques. Une araignée portée d'un seul côté indique un désalignement de l'arbre ou un moyeu qui vacille.

Bon nombre de ces conditions sont difficiles à détecter lors d'une inspection visuelle de routine, à moins que vous n'ouvriez la protection de l'accouplement. Un programme de maintenance préventive qui comprend la vérification du croisillon toutes les 4 000 à 6 000 heures de fonctionnement est un moyen pratique d'aider à détecter un accouplement défaillant avant qu'il n'affecte la machine.

Directives d'installation et d'entretien

Une installation correcte est une première étape importante. Voici un processus simple pour une installation d’accouplement à mâchoires.

1. Nettoyer et inspecter les arbres et les alésages. Retirez toutes les bavures, la peinture ou les entailles qui empêchent un véritable ajustement.
2. Faites glisser chaque moyeu sur son arbre et alignez les arbres dans les limites de désalignement de l'accouplement.
3. Placez l'araignée dans l'espace entre les moyeux, en vous assurant qu'elle est bien positionnée autour de toutes les dents de la mâchoire.
4. Serrez les vis de réglage du moyeu aux valeurs de couple recommandées par le fabricant.
5. Faites tourner l'accouplement à la main et vérifiez qu'il n'y a pas de blocage ou de mouvement excentrique visible.
6. Faites fonctionner la machine sans charge et vérifiez le bon fonctionnement avant le chargement.

Pendant le fonctionnement, laissez la protection d'accouplement en place. Inspectez l’accouplement lorsque la machine est arrêtée et verrouillée. Recherchez tout signe d’extrusion, de fissure ou de déformation de l’araignée. Essuyez la graisse qui pourrait attaquer l'élastomère. Revérifiez l’alignement de l’arbre avec un indicateur à cadran après tout remplacement de roulement ou repositionnement du moteur.

Obtenir le bon accouplement à mâchoires pour votre entraînement

Un accouplement à mâchoires peut être un moyen simple de résoudre un problème de transmission flexible, mais uniquement lorsque le matériau de l'araignée, la dureté et les dimensions de l'alésage correspondent à l'application. L'équipe de Zhongye Heavy Industry Technology travaille régulièrement avec des exigences d'accouplement standard et non standard, et elle peut également recommander un changement vers une autre famille d'accouplements si l'application est devenue trop grande pour un accouplement à mâchoires.

Certains entraînements qui commencent comme accouplements à mâchoires finissent par se transformer en accouplement à tambour ou à diaphragme. Si votre machine atteint les limites de l’araignée, comprendre ces alternatives est une prochaine étape utile. Les capacités de fabrication du fabricant en matière d'équipements métallurgiques, miniers, de grues, portuaires et de fabrication du papier fournissent une base de référence pratique pour les performances des accouplements dans des conditions industrielles.

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