Qu’est-ce qu’un arbre d’entraînement ?
Un arbre d’entraînement est un élément mécanique qui transmet la puissance d’un actionneur, tel qu’un moteur, à un arbre entraîné via un élément mécanique de transmission.
Les éléments de transmission comprennent les engrenages, les courroies dentées, les courroies trapézoïdales et les chaînes. Les arbres d’entraînement doivent pouvoir tourner avec une grande précision tout en étant soumis à des charges élevées.
Ils doivent donc être plus résistants et plus précis que les arbres menés. Les arbres d’entraînement nécessitent également des éléments mécaniques de fixation, tels que des clavettes, pour les relier aux éléments mécaniques de la transmission.
Utilisations des arbres d’entraînement
Les arbres d’entraînement sont utilisés dans une large gamme de machines industrielles. Il s’agit par exemple d’engins de construction, de machines-outils et de divers types d’équipements de fabrication. Si la machine est entraînée par un moteur ou un autre élément moteur, l’arbre d’entraînement est utilisé pour transmettre la rotation générée par l’élément moteur.
Les arbres d’entraînement sont conçus et fabriqués de manière arbitraire, en fonction de l’environnement et du système de machine dans lequel ils sont utilisés. Toutefois, des arbres d’entraînement aux formes fréquemment utilisées sont standardisés par divers fabricants de composants d’équipements FA et sont disponibles en tant que produits.
Principe des arbres d’entraînement
Les arbres d’entraînement sont généralement soutenus par des roulements afin de garantir la précision de la rotation. Le roulement doit supporter l’arbre rotatif de l’arbre d’entraînement afin qu’il ne tremble pas en recevant le couple auquel il est soumis. La pièce de l’arbre est généralement fabriquée avec des tolérances h6 ou h7, conformément aux normes japonaises de tolérance d’ajustement JIS, pour être montée sur le roulement.
L’arbre d’entraînement doit être suffisamment solide pour supporter des couples de torsion élevés et résister à l’usure. Pour ce faire, un traitement thermique tel que la trempe par induction est nécessaire. Dans ce cas, l’on utilise de l’acier au carbone pour la construction de machines, tel que le S45C, et la dureté de la surface est trempée jusqu’à HRC 50 ou plus.
Pour améliorer la résistance à la corrosion, des traitements de surface tels que les revêtements de tétroxyde de fer ou le nickelage chimique sont appliqués. Pour les environnements alimentaires et propres, le SUSU 304 est utilisé.
Autres informations sur les arbres d’entraînement
1. Arbres d’entraînement et arbres entraînés
Un arbre qui est entraîné par la puissance transmise depuis l’arbre moteur au moyen d’engrenages, de raccords ou d’autres éléments mécaniques de transmission est appelé arbre entraîné. L’arbre entraîné est le côté sortie par rapport à l’arbre d’entraînement, qui est le côté entrée de la puissance. Il est réglé pour fournir les valeurs prévues par le concepteur, telles que la vitesse de rotation et le couple. Par conséquent, le mécanisme de transmission de la puissance doit être sélectionné après avoir calculé le rapport de réduction et la vitesse de rotation.
L’arbre d’entraînement est l’arbre d’entrée pour obtenir une certaine sortie. Il est toujours utilisé en combinaison avec l’arbre entraîné. S’il n’y a pas d’arbre entraîné, le nom d’arbre d’entraînement n’est pas utilisé car l’arbre d’entrée n’est pas utilisé pour obtenir une sortie. Le nom d’arbre moteur est utilisé pour l’arbre qui fournit de la puissance. Toutefois, tout arbre déplacé par la puissance transmise par l’arbre moteur est appelé arbre entraîné. Par conséquent, les arbres autres que l’arbre de sortie finale peuvent également être appelés arbres moteurs, tels que les arbres de propulsion et les arbres de transmission.
2. Conception des arbres d’entraînement
Pour concevoir un arbre d’entraînement, il est tout d’abord nécessaire de définir l’ampleur de la puissance d’entrée et l’ampleur de la puissance de sortie. La puissance d’entrée est déterminée par le dispositif utilisé pour l’alimenter, tel qu’un moteur, à partir duquel le rapport de réduction et la vitesse de rotation sont calculés pour obtenir les valeurs de sortie.
Sur la base des valeurs calculées pour la vitesse de rotation et le couple, l’on sélectionne un matériau suffisamment résistant pour supporter les charges auxquelles l’arbre d’entraînement est soumis. Les charges auxquelles l’arbre est soumis comprennent les moments de rotation, les charges de torsion, les impacts et les forces de frottement. Les plus importantes sont la résistance statique et la résistance à la fatigue due à la torsion de l’arbre.
Comme les arbres d’entraînement sont utilisés en combinaison avec des roulements, non seulement le matériau de l’arbre mais aussi son diamètre et sa longueur sont importants. Si le diamètre de l’arbre est trop fin, il ne pourra pas supporter suffisamment la charge de torsion, ce qui entraînera une rupture. Si l’arbre est trop long, il est affecté par des moments de flexion, ce qui entraîne une déformation de l’arbre. Le point d’appui de l’arbre sur le palier est également important. La distance entre le palier et l’extrémité de l’arbre doit être aussi courte que possible pour maintenir la résistance de l’arbre en rotation.