Présentation
Auteur(s)
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Guy VALEMBOIS : Agrégé de Mécanique, Professeur du cadre des ENSAM - Responsable de la formation des agrégés de Mécanique à l’Université Paul Sabatier de Toulouse - Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - Ingénieur-conseil
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Lire l’articleINTRODUCTION
La réunion de deux arbres permet la transmission d’un mouvement de rotation. La liaison de ceux-ci peut se faire grâce à une grande variété d’organes, produits industriels courants, que l’on désigne généralement sous le nom d’accouplements, joints d’accouplements, manchons d’accouplements ou joints mécaniques.
Les deux arbres ainsi réunis forment ce que l’on appelle une ligne d’arbres.
Une liaison complète de deux arbres doit permettre de considérer les deux arbres liés comme une seule pièce mécanique.
Les caractéristiques principales de la liaison sont :
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le respect de l’alignement des deux arbres ;
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la transmission des actions mécaniques ;
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la rigidité ;
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la durée de vie ;
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la démontabilité éventuelle ;
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le prix de revient.
La réalisation technologique de la liaison complète peut être à base :
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d’obstacles seuls 2 ;
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d’obstacles avec utilisation des phénomènes d’adhérence 3 ;
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d’obstacles avec utilisation du collage 4.
Le lecteur se reportera utilement, dans le même traité, aux articles étudiant des sujets voisins : Accouplements d’arbres , Accouplements élastiques , Joints de cardan , Joints homocinétiques et Liaisons par obstacle .
Un choix de la classe d’accouplement se fera dans un premier temps par une réflexion sur le problème mécanique, en particulier sur l’intérêt d’un montage isostatique ou hyperstatique 1.
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Liaison complète de deux arbres par obstacleArticle inclus dans l'offre
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1. Isostaticité ou hyperstaticité
Le choix d’une liaison rigide est réservé à des cas particuliers. En effet, deux arbres réunis grâce à une liaison rigide perdent tout mouvement relatif.
Cette absence de mouvement relatif peut être fonctionnelle (figure 1) lorsque l’un des arbres n’est pas guidé. La liaison permet le guidage de celui-ci, devenu solidaire de l’autre dont les mouvements sont correctement définis. Le montage est alors isostatique, c’est-à-dire que le guidage se fait par le nombre minimal de liaisons.
Par contre, lorsque les arbres sont guidés en rotation, la liaison rigide de ceux-ci provoque l’hyperstaticité du montage (c’est-à-dire une surabondance de liaisons guidant la ligne d’arbres).
1.1 Intérêts d’un montage hyperstatique
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Intérêt statique
À géométrie égale, un arbre monté de façon hyperstatique se déforme moins que dans le cas où il est monté de façon isostatique. Les liaisons supplémentaires du montage hyperstatique brident la déformée de l’arbre en un nombre de sections plus important. À même effort, le déplacement est moindre, le système est plus rigide (figure 2).
Ce type de montage conviendra aux arbres dont la position géométrique ne doit pas être influencée par le chargement (par exemple, broche de machine-outil).
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Intérêt dynamique
Les arbres en rotation présentent des phénomènes dynamiques limitant leur utilisation : les vitesses critiques.
Pendant le mouvement de rotation, et sous les effets dynamiques, les arbres se déforment. Un équilibre s’installe entre l’énergie cinétique des masses en mouvement et l’énergie de déformation des arbres.
À chaque vitesse critique, l’énergie cinétique devient supérieure à l’énergie de déformation. L’équilibre est rompu. Les arbres s’écartent alors de l’axe de rotation, quelquefois même jusqu’à la rupture.
Il convient de ne jamais utiliser les mécanismes dans le domaine des vitesses critiques. Celles-ci sont en général associées à des sollicitations de torsion, de flexion ou aux deux sollicitations combinées.
L’énergie de déformation d’une ligne d’arbres est...
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1 Fournisseurs d’organes d’assemblage
(liste non exhaustive)
Hanssen et Cie.
LAF (Les Appareils Ferroviaires).
Lenze.
SIAM-Ringspann.
SKF Équipement.
SOPAP.
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