Chaînes de transmission de puissance - Mécanique

Introduction :

  Les chaînes, comme les courroies, sont des éléments flexibles qui permettent la transmission de la puissance entre deux arbres parallèles mais éloignés l’un de l’autre.

les chaînes peuvent être soumises à des conditions d’utilisation plus difficiles que celles appliquées aux courroies.

Caractéristiques  des chaînes :

Les chaînes sont des éléments normalisés sur le plan international et fabriqués en série par des firmes spécialisées.

Les fabricants publient des catalogues et autres documents destinés à guider le concepteur qui doit choisir possible les divers  paramètres géométriques d’une transmission par chaine.

Dans cet exposé, nous étudierons les divers types de chaînes et  en particulier , les chaînes à rouleaux (ou chaînes de précision ) .En ce qui concerne ce dernier type ,nous examinerons les efforts appliqués sur la chaîne . En proposant par ailleurs une procédure de comment utiliser les tableaux fournis par les fabricants. Enfin  , nous analyserons les conditions de fonctionnement d’une transmission  par chaîne ainsi que les différents modes de lubrification des chaînes.

On classe les chaînes en deux grandes catégories

-les chaînes de manutention, utilisées principalement dans les convoyeur à chaînes pour la manutention , utilisées principalement dans les usines .

-les chaînes de transmission utilisées pour la transmission, de la puissance

On peut classé chaînes de transmission utilisées pour la transmission, de la puissance on deux  grande catégories.

-Chaînes à rouleaux 

-Chaînes silencieuses

Les chaînes à rouleaux :

Les chaînes à rouleaux sont constituées d’une succession de deux types de maillons différents disposés alternativement : les maillons intérieurs et les maillons extérieurs.

Les chaînes à rouleaux de précision à pas court sont plus spécialement utilisées dans les transmissions de puissance ou en manutention légère. 

les chaînes des pas plus longs sont spécialement utilisées Pour la manutention lourde ou des applications à faible vitesse.

Chaînes à blocs

Les chaînes à blocs reçoivent des maillons extérieurs semblables à ceux des chaînes à rouleaux, mais les maillons intérieurs sont constitués de pièces massives . Ce type de chaîne est généralement utilisé pour exercer un effort important de traction, dans les bancs d’étirage par exemple.

Les chaînes à maillons coudés

Sont formées d’un seul type de maillons : les plaques, coudées à mi-longueur, portent une douille à une extrémité et un axe à l’autre.

Les chaînes à mailles jointives

Sont constituées que de plaques s’articulant sur des axes et la combinaison des plaques sur deux maillons consécutifs est variable selon les types de chaînes

Avantages

- Rapport de vitesse précis (absence de glissement - synchronisation)

- Rendement élevé (jusqu’à 98 %)

- Bonne durée de vie (environ 15 000 heures)

- Montage simple et entretien facile (par rapport aux engrenages)

- Conditions d'utilisation plus difficiles (par rapport à une courroie)

- Possibilité d'entraîner plusieurs arbres simultanément

Désavantages

Niveau sonore élevé (par rapport à une courroie)

Absence d'amortissement des chocs (fatigue)

Nécessité de lubrification

Masse linéique élevée

Terminologie

Angle d’articulation

Effet polygonal

    C’est la variation de la vitesse causée par le mouvement de la chaine autour du pignon.

   e: et la distance radiale qui sépare les droites AB et A’B’.

 :  variation de la vitesse entre une valeur maximale et minimale

La courbe ci-dessous représente cette variation en pourcentage de vitesse en fonction du nombre de dents du pignon

Calcul de la longueur

Procédure

1)Estimation de la longueur:

N1 :nombre de dents du pignon moteur

N2 : nombre de dents de la roue dentée

P    : pas de la chaîne

2) Calcul de la longueur exprimée en maillons:

(Lm= L/p)

3) Ajustement de Lm:

- Arrondir à l'entier supérieur (nécessité d'avoir un nombre fini  de maillons).

 Idéalement, choisir un nombre pair (pour éviter un maillon  coudé) .

4) Ajustement de la longueur de la chaine :

5) Calcul de l'entraxe exprimé en nombre de maillons:

6) Ajustement de l’entraxe:

Calcul des efforts appliquées:

1) Calcul de la vitesse linéaire

    2)Tension utile:

c) Tension due à la force centrifuge:

FC : tension due à la force centrifuge [N]

v : vitesse de la chaîne [m/s]

ρl : masse linéique de la chaîne [kg/m]

(données tirées de tables spécialisées)

Force de traction dans les maillons:

Procédure de conception d’une transmission par chaine

La conception des chaines relève des normes suivante:

Normes américaines : ANSI B29.1 ( chaines à rouleaux)

                                       ANSI B29.2(chaines silencieuses)

Normes  françaises :  N.F.E26.102

Données de départ :

• Puissance P à transmettre

• Vitesse de rotation ω1 du pignon moteur

• Rapport de vitesse Rv entre le pignon et la roue

• Types de machines auxquelles sont reliés le pignon et la roue

• Nombre de dents du pignon N1  (si c’est possible)

Procédures de conception :

Étape 1:   Calcul de la puissance effective

Étape 2:   Choix de la chaîne

Étape 3:   Détermination du nombre de dents de pignon  et le calcul de la puissance nette

Étape 4:   Détermination du nombre de dents de la roue

Étape 5:   Calcul de la longueur de la chaîne

Étape 6:   Vérification de l’angle d’enroulement

Étape 7:   Vérification de la résistance de la chaine     

Étape 1: Calcul de la puissance effective

Ks est le facteur de service (1.0 < KS < 2.0) .il est calculé en fonction du moteur d’entrainement et des machines entrainées.

Étape 2 : Choix de la chaîne

  Il est définie à partir des abaques en connaissant :

-  la puissance effectives P’.

-  la vitesse de rotation  du pignon N1 [r/min].

-  le nombre de rangs  (simple, double, etc.).

§  A-B rupture par fatigue des plaques extérieures

§  B-C rupture des douilles ou des rouleaux

§  C-D lubrification inefficace entre les axes et les douilles

Étape 3 : Détermination du nombre de dents du pignon  et le calcul de la puissance nette

Cas A : N1 connu

on définie à partir des tableaux :

-  la puissance nominale Pr

-  du nombre de dents du pignon

-  de la vitesse de rotation du pignon

-  du type de chaîne

On calcul la puissance nette Pr‘:

Pr' = K2 Pr

K2 : facteur du nombre de rangs du maillage

Puissances transmissibles (kW) (nominale) pour des chaînes à rouleaux Rex à fort rendement 20 B – 1 pas de 31,75 mm, type européen

Remarque

Ces tableaux donnent les puissance  que peuvent transmettre des chaine s dans les conditions suivantes :

• Ils indiquent la puissance maximale qu'une chaîne simple d'un pas donné peut transmettre en fonction du nombre de  dents et de la vitesse de rotation du pignon.

• Ils correspondent à des conditions d'utilisation standardisées (montage parfait, rapport de vitesse = 3, sans chocs, durée de

vie de 15 000 heures, etc.).

• Ils donnent une puissance nominale qui doit ensuite être corrigée pour tenir compte des conditions d'utilisation réelles (petits pignons, chocs, saletés, lubrification inadéquate, etc.).

Comparaison des puissances nette Pr' et effective P'

•Si Pr< P' ou  Pr >> P‘ ,  il faut alors refaire un nouveau choix de chaîne

Cas B : N1 inconnu

a) Calcul de la puissance nominale Pr désirée

b) Détermination de N1 dans les tableaux de puissance nominale paramètre connus :

-  pas de la chaîne

-  vitesse de rotation du pignon n1

-  puissance nominale Pr

Étape 4 : Nombre de dents N2 de la roue

Étape 5 : Calcul de la longueur de la chaîne

Étape 6 : Vérification de l'angle d'enroulement

Il faut que θ > 120° afin d'assurer une répartition adéquate des efforts

Étape 7 : Vérification de la résistance de la chaîne

-  Rupture de la chaîne

Le facteur de sécurité doit être suffisamment élavé. Pour les chaines à rouleau le FS est calculé par la formule  

Avec: P  c’est le pas

- Usure des composantes

la Valeur de Ar et Padm sont définies à partir des catalogues.

Recommandations

- Nombre impair de dents pour le pignon - si possible (évite le contact répété des mêmes maillons sur les mêmes dents)

- N1 supérieur ou égal à 17 dents - pour les vitesses

-  importantes (réduit l'effet polygonale indésirable)

- Bon compromis au niveau de N1

-N1 élevé : faible effet polygonal et moins d'usure

-N1 faible : moins encombrant et coût moins élevé

- N2 inférieur ou égal à 110 dents

-  (réduit le risque d'allongement prématuré et excessif de la chaîne)

- Rapport de vitesse RV inférieur à 7

La lubrification :

-  Lubrification par Graissage périodique au pinceau ou à la burette pour les chaines dont la vitesse v < 1 m/s et la puissance P < 3.5 kW.

- Lubrification par Compte-gouttes lorsque: 1 m/s < v < 2 m/s

- Lubrification Barbotage par un bain d'huile lorsque 2 m/s < v < 7 m/s

Barbotage dans un carter étanche ou par brouillard d’huile

-  Lubrification Sous-pression Lorsque v > 7 m/s

L’huile doit être maintenue à une température inférieure à 70°C