Qu’est-ce qu’un arbre rotatif ?
Un arbre rotatif est, comme son nom l’indique, un axe de rotation.
Selon le contexte, il peut être utilisé de deux manières différentes, mais cet article décrit la première.
1. Un arbre en tant qu’élément mécanique qui extrait la puissance de rotation d’un moteur ou transmet la puissance à l’aide de poulies, d’engrenages ou d’autres composants.
2. Les arbres en tant que centres de rotation pour les pièces rotatives dans les robots et les équipements.
Utilisations des arbres rotatifs
Il existe deux types d’arbres rotatifs, les “arbres moteurs” et les “arbres entraînés”, chacun ayant des utilisations différentes.
1. Arbre moteur
Un arbre moteur est toujours utilisé pour transmettre la force rotative d’un moteur.
- Agitateurs : transmission de la puissance du moteur aux pales de l’agitateur.
- Pompes : transmission de la puissance du moteur à la roue.
- Vis à billes : la puissance du moteur est transmise à la vis à billes par l’intermédiaire d’un accouplement, qui transfère la rotation de l’arbre au mouvement linéaire de l’écrou.
L’arbre rotatif lui-même est un mouvement rotatif mais un élément mécanique tel qu’une vis à billes peut être utilisé pour convertir la puissance en un mouvement linéaire.
2. Axe entraîné
Les axes entraînés sont utilisés comme axes de support pour les engrenages et les poulies, par exemple dans les utilisations suivantes :
- Axes de poignet des robots à articulation verticale
Lorsque l’espace est limité dans la section du poignet d’un robot et qu’un moteur ne peut s’y loger, l’axe du poignet est entraîné en transmettant la puissance au moyen de poulies, par exemple. - Arbre support d’engrenage des motoréducteurs
Il s’agit de l’arbre support lorsque la puissance du moteur est transmise par des engrenages.
L’ordre de transmission de la puissance est le suivant :
1. Le moteur tourne pour produire de la puissance.
2. La rotation est transmise par l’arbre moteur.
3. Un arbre moteur avec des poulies et des engrenages entraîne une autre pièce.
Principe de l’arbre rotatif
L’arbre rotatif transmet la puissance du moteur par la rotation. Les principes de transmission de la puissance d’un arbre rotatif à un autre arbre sont les suivants :
- Engrenages
La vitesse de rotation peut être modifiée en utilisant différents nombres de dents sur les engrenages. Les engrenages coniques et à vis sans fin peuvent être utilisés pour changer le sens de rotation, tandis que les engrenages à crémaillère peuvent être utilisés pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire. - Poulies
La force de rotation peut être transmise par le frottement de la courroie. - Ventilateur
Un flux d’air le long d’un axe rotatif est créé par la rotation de pales (hélices) fixées à l’axe de rotation. Ce flux d’air est utilisé pour l’échappement et le refroidissement.
L’arbre rotatif est presque toujours supporté aux deux extrémités par des roulements. Ces roulements garantissent que l’arbre rotatif est solidement fixé au boîtier ou à une autre enceinte et qu’il peut tourner librement.
Types d’arbres rotatifs
Les arbres rotatifs sont classés en deux catégories en fonction de leur rôle : les arbres moteurs et les arbres entraînés.
1. Arbre moteur
Un arbre est directement relié à la source d’entraînement elle-même et transmet la puissance générée par la source d’entraînement. Si la source d’entraînement est un moteur, il s’agit de l’arbre moteur, et si la source d’entraînement est un moteur, il s’agit du vilebrequin.
Une vis à billes est reliée à l’arbre moteur par l’intermédiaire d’un accouplement d’arbre et convertit le mouvement rotatif en mouvement linéaire.
2. Arbre rotatif
Lorsque la puissance générée par l’arbre moteur doit être transférée à un arbre rotatif situé à une certaine distance, la puissance est transmise au moyen d’engrenages, de poulies, de pignons et d’autres éléments de transmission de puissance. L’arbre moteur maintient les engrenages et les poulies en place.
L’arbre entraîné ne tourne pas par lui-même mais il transmet la puissance de l’arbre d’entraînement à un endroit éloigné.
Autres informations sur les arbres rotatifs
1. Points qui déterminent les performances et le coût des arbres rotatifs
Les points suivants déterminent les performances et le coût des arbres rotatifs. Il appartient au concepteur de choisir et de concevoir un arbre rotatif qui minimise les coûts tout en répondant aux spécifications, en tenant compte de ces facteurs.
- Matériau : le matériau utilisé pour l’arbre rotatif.
- Tolérances : tolérances d’ajustement pour le diamètre de l’arbre, tolérances dimensionnelles pour la longueur de l’arbre et tolérances géométriques telles que la rectitude et la coaxialité.
- Usinage supplémentaire : usinage destiné à fixer l’élément rotatif, par exemple usinage des rainures de clavette, usinage des filets, etc.
- Traitement de surface : usinage appliqué principalement pour améliorer la solidité et la résistance à la corrosion.
2. Matériaux couramment utilisés pour les arbres rotatifs
Les deux matériaux couramment utilisés pour les arbres rotatifs sont le S45C et le SUS304 : le S45C est un matériau à base de fer qui est relativement bon marché et qui peut être durci pour augmenter sa résistance. C’est pourquoi il est souvent utilisé pour les arbres rotatifs.
Le SUS304 est un acier inoxydable, plus cher que le S45C en termes de coût des matériaux, mais aussi plus résistant à la rouille. Il est donc souvent utilisé dans des environnements tels que les salles blanches et les usines alimentaires.
3. Traitements de surface couramment utilisés sur les arbres rotatifs
Les traitements de surface suivants sont couramment utilisés sur les arbres rotatifs :
- Revêtements de tétroxyde de fer (teinture noire) : ils peuvent avoir un effet antirouille tout en réduisant les coûts.
- Nickelage chimique : il offre une résistance élevée à la corrosion et la dureté de la surface de l’arbre peut être augmentée par un traitement thermique après le placage.
- Trempe par induction : permet d’augmenter considérablement la résistance des matériaux à base d’acier tels que le S45C.
- Polissage : réduit la rugosité de la surface de l’arbre, ce qui permet la fixation de pièces coulissantes telles que les joints.