Les entraînements par chaîne s'imposent comme une solution de transmission de puissance mécanique essentielle, largement utilisée pour transférer la puissance entre des composants-que ce soit sur de longues distances (comme dans les moteurs marins de 5-étages) ou sur de courtes distances (comme dans les vélos). Ils se classent parmi les cinq méthodes de transmission de puissance mécanique les plus courantes, aux côtés des accouplements, des entraînements par engrenages, des entraînements par courroie et des vis mécaniques. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients, les ingénieurs doivent donc soigneusement peser ces facteurs pour faire le choix optimal pour des applications spécifiques. Cet article approfondit les principes fondamentaux des entraînements par chaîne, leurs classifications, les types de chaînes courants, les critères de sélection ainsi que les principaux avantages et inconvénients.
Que sont les entraînements par chaîne ?
Un entraînement par chaîne est un système de transmission de puissance mécanique qui utilise une chaîne pour transférer la puissance d'un endroit à un autre. Un entraînement par chaîne typique se compose de deux pignons ou plus (roues dentées) et d'une chaîne elle-même-avec les trous dans les maillons de la chaîne s'ajustant sur les dents des pignons.
Lorsque le moteur principal (par exemple, un moteur électrique ou un moteur à combustion interne) tourne, il fait tourner le pignon fixé à son arbre. Cette rotation entraîne la chaîne enroulée autour du pignon, qui applique ensuite une force mécanique à l'arbre mené, transmettant ainsi efficacement la puissance.
Comparaisons clés avec d'autres méthodes de transmission
Par rapport aux entraînements par courroie : contrairement aux entraînements par courroie, les entraînements par chaîne n'offrent aucun glissement, garantissant un rapport de vitesse constant. Cela élimine le décalage de la transmission de puissance, ce qui les rend idéaux pour des applications telles que les chaînes de distribution des moteurs à combustion interne. La seule perte de puissance dans les entraînements par chaîne provient du frottement entre les maillons de la chaîne et les pignons, ce qui entraîne une efficacité mécanique plus élevée.
Par rapport aux entraînements à engrenages : les entraînements par chaîne sont plus flexibles en termes de distance de fonctionnement. Ils excellent lorsque les arbres sont plus espacés que ce que les engrenages peuvent accueillir, tout en conservant une configuration compacte. De plus, une seule chaîne peut alimenter plusieurs arbres simultanément-une caractéristique que les engrenages correspondent rarement.
Types d'entraînements par chaîne (par fonction)
Les entraînements par chaîne sont classés en trois types principaux en fonction de leur fonction principale, chacun étant adapté aux besoins spécifiques d'une application :
1. Entraînements par chaîne de transmission de puissance
Conçus exclusivement pour transférer de la puissance entre deux arbres, ces entraînements par chaîne répondent à un défi commun : la plupart des machines génératrices d'énergie (par exemple, les moteurs des pompes) ne peuvent pas utiliser l'énergie qu'elles produisent sur le site.
Applications courantes : les vélos, les machines agricoles, les compresseurs et les arbres à cames des moteurs-s'appuient tous sur des chaînes de transmission de puissance pour acheminer l'énergie de la source au point d'utilisation.
2. Entraînements par chaîne de convoyeur
Les entraînements par chaîne de convoyeur sont spécialisés pour la manutention des matériaux. Ils proposent des centaines de modèles dotés de propriétés sur mesure, telles qu'une faible friction, une résistance aux températures élevées, une résistance chimique, des capacités antistatiques ou des caractéristiques magnétiques. Des accessoires peuvent également être ajoutés à la chaîne pour répondre à divers besoins.
Utilisations industrielles : Largement adopté dans l'emballage, la fabrication automobile, la production d'aliments et de boissons, les produits pharmaceutiques et les textiles pour un transport efficace des matériaux.
3. Entraînements par chaîne de levage et de traction
Ces entraînements par chaîne sont utilisés dans les machines permettant de soulever et d'abaisser des charges lourdes, travaillant souvent avec des poulies pour réduire l'effort. Les exemples incluent les palans à chaîne (manuels, électriques ou pneumatiques), courants dans les garages, les ateliers, les chantiers de construction, les salles des machines des navires et les usines-capables de soulever/abaisser des charges jusqu'à 20 tonnes.
Les chaînes de levage sont divisées en deux sous-types :
Chaînes elliptiques (chaînes hélicoïdales) : utilisées pour le levage de charges moyennes-à-faibles et à faible-vitesse. Leurs maillons sont elliptiques et imbriqués par soudage. Les chaînes à maillons carrés-sont parfois une alternative mais sont généralement évitées en raison d'une mauvaise répartition des contraintes et de problèmes de nouage.
Chaînes à goujons : préférées pour les applications à charge élevée-. Chaque maillon est doté d'un goujon installé dans sa largeur intérieure, ce qui empêche les nœuds et améliore la résistance et la durabilité. Ils sont couramment utilisés dans les ancres de navires et autres équipements de levage lourds.
Types de chaînes courants dans les entraînements par chaîne
Cinq types de chaînes dominent les applications industrielles et commerciales, chacune avec des structures et des avantages distincts :
1. Chaînes à rouleaux (chaînes à rouleaux à bagues)
Le type de chaîne le plus reconnaissable, les chaînes à rouleaux (ou chaînes à rouleaux à bagues) sont largement utilisées dans la transmission de puissance pour les vélos, les motos et les équipements de transport. Ils sont généralement fabriqués à partir d’acier au carbone ordinaire ou d’alliages d’acier.
Structure : composée de plaques intérieures (plaques à rouleaux), de plaques extérieures (plaques à broches), de bagues, de broches et de rouleaux. Les rouleaux sont espacés uniformément entre les maillons, engrenant avec les dents du pignon pour transmettre la puissance.
Avantages clés : les rouleaux tournent selon les besoins lorsqu'ils sont en contact avec les dents du pignon, minimisant ainsi la perte de puissance. Pour les chaînes de transmission, la hauteur des plaques à rouleaux (des deux côtés des rouleaux) dépasse le diamètre du rouleau-empêchant les plaques latérales de toucher les pignons et agissant comme des guides pour éviter le glissement de la chaîne. Pour les chaînes à rouleaux de convoyeur, le diamètre du rouleau est plus grand que la hauteur de la barre latérale, éliminant ainsi le contact entre les barres latérales et les voies du convoyeur afin de réduire la friction. Des chaînes à rouleaux multi-brins sont disponibles pour les besoins de puissance-élevés, permettant des vitesses plus faibles et des pas plus petits pour les mêmes exigences de charge.
2. Chaînes silencieuses (chaînes à dents inversées)
Les entraînements par chaîne traditionnels sont souvent bruyants, ce qui les rend inadaptés aux environnements-sensibles au bruit tels que les espaces clos, les mines ou les zones résidentielles. Les chaînes silencieuses (ou chaînes à dents inversées) résolvent ce problème en fonctionnant silencieusement tout en transmettant une puissance élevée à des vitesses élevées.
Structure : Constituée de plaques plates empilées en rangées et reliées par une ou plusieurs broches. Le bas de chaque maillon présente un profil correspondant aux dents de pignon pour un maillage fluide.
Performance : la capacité de charge, la résistance à la traction et la largeur de la chaîne augmentent avec le nombre de plaques plates par maillon.
3. Chaînes de feuilles
Type de chaîne le plus simple, les chaînes à feuilles se composent uniquement de broches et de plaques-avec des plaques alternant comme maillons à broches et maillons à charnière. Ils ne s'engrènent pas avec les pignons ; au lieu de cela, ils fonctionnent sur des poulies pour se guider.
Applications : Idéal pour le levage et l’équilibrage, comme dans les ascenseurs, les chariots élévateurs, les chariots cavaliers et les mâts d’ascenseur. Ces machines à faible-vitesse soumettent les chaînes à des charges statiques élevées et à des charges de travail minimales, et les chaînes à lames excellent dans la gestion des impacts et de l'inertie.
Exigence critique : Doit résister à des contraintes de traction élevées sans allongement ni rupture, et avoir une ductilité suffisante pour résister à la fatigue. Les conditions de lubrification et environnementales doivent être prises en compte lors de la conception.
4. Chaînes plates-à dessus supérieur
Exclusivement utilisées pour le convoyage, les-chaînes à sommet plat remplacent les courroies transporteuses et les entraînements par courroie-les matériaux peuvent être transportés directement sur leurs maillons.
Structure : les maillons individuels sont généralement constitués de plaques d'acier avec des saillies creuses en forme de tonneau sur le fond. Les broches traversent ces saillies pour relier les maillons adjacents, permettant un mouvement dans une seule direction. Les chaînes spécialisées à dessus plat- peuvent se plier latéralement (via des structures de broches modifiées), permettant au convoyeur de parcourir les courbes.
Applications : Utilisé dans les convoyeurs à faible-vitesse pour le transport de matériaux dans les chaînes d'assemblage.
5. Chaînes en acier d'ingénierie
Développées dans les années 1880, les chaînes en acier technique sont conçues pour les environnements difficiles et les applications exigeantes. Ils sont fabriqués à partir d'acier laminé à chaud{{2} (parfois traité thermiquement-pour plus de résistance) et présentent des espaces plus grands entre les composants pour gérer la poussière, la saleté et les abrasifs pendant le fonctionnement.
Utilisations modernes : principalement utilisées comme chaînes de convoyeurs pour la manutention des matériaux, mais certaines servent d'entraînement. On les trouve dans les convoyeurs, les chariots élévateurs, les élévateurs à godets et les plates-formes de forage pétrolier-avec une résistance, une résistance à l'usure, une capacité de charge et un pas améliorés pour répondre aux exigences industrielles modernes.
Comment sélectionner le bon entraînement par chaîne
Le choix du bon entraînement par chaîne nécessite d'évaluer les besoins de l'application afin d'éliminer les options inappropriées. Les facteurs clés à considérer sont :
1. Charger
Déterminez la puissance à transmettre - la chaîne doit gérer la puissance générée par le moteur principal. Des calculs précis sont essentiels pour la sécurité et un facteur de sécurité suffisant est recommandé.
2. Vitesse de la chaîne
Tous les entraînements par chaîne ne fonctionnent pas à des vitesses élevées ; certains sont conçus pour des vitesses faibles. Calculez la vitesse requise et assurez-vous qu'elle se situe dans la plage recommandée de la chaîne pour affiner les options.
3. Disposition de l'arbre
La plupart des transmissions par chaîne fonctionnent uniquement avec des arbres parallèles. Si les arbres sont mal alignés, les entraînements par engrenages peuvent constituer une meilleure alternative.
4. Distance centrale entre les arbres
Il est recommandé que l'entraxe entre les arbres soit 30 à 50 fois supérieur au pas de la chaîne. De plus, assurez-vous d'un arc de contact minimum de 120 degrés sur le petit pignon ; si le pignon a peu de dents, au moins cinq dents doivent être en contact avec la chaîne à tout moment.
5. Environnement des services
L'environnement dicte la résistance requise de la chaîne à l'humidité, à la saleté, aux abrasifs, à la corrosion et aux températures élevées. Cela affecte également les vibrations, les niveaux de bruit et la résistance à la fatigue. Par exemple, les chaînes à dents inversées (chaînes silencieuses) sont préférées dans les zones sensibles au bruit.
6. Lubrification
La plupart des transmissions par chaîne nécessitent une lubrification pour prolonger la durée de vie. Le type de chaîne, sa taille, sa charge et sa vitesse déterminent la méthode de lubrification (manuelle, goutte à goutte, bain d'huile ou lubrification forcée). Des chaînes auto-lubrifiantes sont disponibles-elles utilisent des bagues en -plastique fritté imprégné d'huile ou en métal pour fournir une lubrification continue sans entretien externe.
Avantages des entraînements par chaîne
Peut transmettre du couple sur de longues distances.
Aucun glissement (contrairement aux entraînements par courroie), garantissant des performances constantes.
Plus compact que les entraînements par courroie, s'adaptant à des espaces relativement petits.
Un seul entraînement par chaîne peut alimenter plusieurs arbres.
Polyvalent, fonctionnant à des températures élevées et dans des environnements divers (secs, humides, abrasifs, corrosifs, etc.).
Système à faible-friction, garantissant une efficacité mécanique élevée.
Inconvénients des entraînements par chaîne
Ne peut pas être utilisé avec des arbres non-parallèles.
Sujet au bruit et aux vibrations pendant le fonctionnement.
Un mauvais alignement peut provoquer un glissement de la chaîne.
Certaines conceptions nécessitent une lubrification continue.
Il faut généralement un boîtier pour se protéger.
Une tension périodique (par exemple via des rouleaux) est nécessaire pour maintenir les performances.
