Accouplement en mâchoire : Un guide pratique pour les pompes, les ventilateurs et les entraînements électriques

En 2024, une station d'épuration en Afrique du Sud a remplacé l'accouplement denté défaillant d'un moteur de pompe de 55 kW par un accouplement à mâchoires car l'équipe de maintenance souhaitait quelque chose de plus simple à entretenir. Ce changement a réduit le temps d'entretien de l'accouplement de quatre heures à 30 minutes, diminué les vibrations de 25 % et éliminé complètement la lubrification de cette transmission. L'application n'avait pas besoin de la capacité de couple d'un accouplement denté. Elle avait besoin de la fiabilité et de la simplicité de cette conception.

L'accouplement à mâchoires est l'un des accouplements flexibles les plus largement utilisés dans les machines industrielles. Il relie deux arbres grâce à des mâchoires emboîtées et à un araignée en élastomère qui absorbe les vibrations, amortit les chocs et permet de légers décalages. Il est simple, économique et facile à entretenir, ce qui en fait un choix populaire pour les moteurs de pompes, les ventilateurs, les compresseurs et les convoyeurs.

Ce guide explique ce qu'est cet accouplement, comment il fonctionne, quand le choisir et comment l'installer et l'entretenir. À la fin, vous saurez si il convient à votre application et ce qu'il faut spécifier lors de la commande.

Qu'est-ce qu'un accouplement à mâchoires ?

Un accouplement à mâchoires, également appelé accouplement à araignée, se compose de deux moyeux métalliques et d'un insert en élastomère appelé araignée. Chaque moyeu a trois mâchoires ou plus qui s'engrènent dans les espaces de l'araignée. L'araignée transmet le couple entre les moyeux tout en absorbant les vibrations et en compensant de faibles écarts angulaires, radiaux et axiaux.

Les moyeux sont généralement fabriqués en fonte, en acier ou en aluminium. L'araignée peut être fabriquée à partir de différents matériaux élastomères en fonction des conditions de fonctionnement. Les matériaux courants pour les araignées comprennent :

• Polyuréthane (PU) : Bon équilibre entre résistance, flexibilité et résistance à l'huile.

• Caoutchouc nitrile (NBR) : Plus adapté pour des températures plus élevées et une certaine exposition à l'huile.

• Hytrel : Capacité de couple plus élevée et résistance aux produits chimiques.

• Bronze : Utilisé dans certaines conceptions à haute température ou à isolation électrique.

La conception est compacte et ne nécessite pas de lubrification. Si l'araignée s'use, elle peut généralement être remplacée sans déplacer les machines connectées. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles cette conception est populaire dans les applications sensibles à l'entretien.

Chez Hebei Suju, nous fournissons des accouplements à mâchoires avec plusieurs options de matériaux pour les araignées, destinés aux ensembles moteur-pompe, aux ventilateurs, aux compresseurs et aux machines générales.

Comment fonctionne un accouplement à mâchoires ?

Le couple est transmis du moyeu menant à l'araignée, puis de l'araignée au moyeu mené. L'araignée en élastomère se déforme légèrement sous charge, ce qui permet à l'accouplement de :

• Absorber les vibrations du moteur ou de l'équipement entraîné.

• Amortir les charges de choc lors du démarrage et de l'arrêt.

• Accepter de petits désalignements entre les arbres.

• Protéger les roulements en réduisant la transmission des chocs de torsion.

Les mâchoires sur les moyeux sont incurvées ou droites selon la conception. Les mâchoires incurvées répartissent la charge plus uniformément sur l'araignée et permettent un couple légèrement plus élevé. Les mâchoires droites sont plus simples et moins coûteuses, mais peuvent créer plus de concentration de contraintes.

Étant donné que l'araignée est l'élément d'usure, les accouplements à mâchoires sont parfois appelés « accouplements à araignée ». Les moyeux métalliques durent généralement toute la vie de l'équipement. L'araignée est la seule pièce qui nécessite une inspection régulière.

Types de accouplements à mâchoires et leurs différences

Les accouplements à mâchoires existent sous plusieurs conceptions. Le bon type dépend du couple, de la vitesse, du désalignement et des conditions environnementales.

Conception standard

La conception la plus courante comporte deux moyeux et une entretoise en forme d'araignée. Elle est utilisée dans les applications industrielles générales où le couple est modéré et le désalignement est faible. Les conceptions standard sont économiques et largement disponibles.

Conception avec entretoise

Une conception avec entretoise comprend un manchon central allongé ou une entretoise en deux parties qui crée un espace entre les moyeux. Cela permet d'accéder à l'entretien sans déplacer le moteur ou la machine entraînée. Les accouplements avec entretoise sont utiles lorsque l'équipement est proche des murs ou d'autres obstacles.

Conception à alésage flexible

Certaines conceptions utilisent un alésage conique ou à serrage pour s'adapter à différents diamètres d'arbre sans rainures de clé. Ceux-ci sont utiles pour les équipements de prototype ou les applications où les dimensions des arbres varient.

Conception sans jeu

Les conceptions sans jeu utilisent une entretoise préchargée pour minimiser le jeu de rotation. Elles sont adaptées aux systèmes de positionnement, aux codeurs et aux équipements d'automatisation légère où la précision est importante.

Conception à haut couple

Les conceptions à haut couple utilisent des croisillons plus grands, des matériaux plus résistants ou des mâchoires incurvées pour gérer plus de puissance. Elles comblent le fossé entre les accouplements standard de ce type et les accouplements à engrenages.

Quand utiliser cet accouplement

Choisissez ce type d'accouplement lorsque l'application nécessite une amortissement des vibrations, une maintenance facile et seulement un couple modéré. Les cas d'utilisation courants incluent :

• Moteurs de pompes : Pompes centrifuges et à déplacement positif.

• Ventilateurs et soufflantes : Systèmes de climatisation, ventilation de processus et de refroidissement.

• Compresseurs : Compresseurs d'air et compresseurs de réfrigération.

• Convoyeurs : Entraînements de manutention de matériaux légers à moyens.

• Outils d'usinage : Petits tours, fraises et équipements d'automatisation.

• Industrie alimentaire et emballage : Conceptions compatibles avec les nettoyages à l'eau avec des croisillons de qualité alimentaire.

Évitez ce type d'accouplement lorsque :

• Le couple dépasse la capacité de la croisillon.

• Le désalignement de l'arbre est important ou change continuellement.

• L'environnement est extrêmement chaud, abrasif ou chimiquement agressif.

• Un jeu nul et une grande précision sont requis au-delà des capacités du coupleur.

• L'entraînement est soumis à des charges de choc importantes ou à des cycles de inversion fréquents.

Un fabricant de plastiques en Thaïlande a choisi cette conception pour l'entraînement de son ventilateur de refroidissement d'extrudeuse. Le moteur était de 22 kW, le désalignement était inférieur à 0,5 mm, et l'équipe souhaitait éviter la lubrification. Le coupleur a fonctionné pendant trois ans avec seulement un remplacement de l'étoile. La même application aurait été surdimensionnée avec un coupleur à engrenages.

Guide de sélection des coupleurs à mâchoires

La sélection du bon coupleur nécessite d'adapter le produit à l'application. Suivez ces étapes.

1. Déterminer les besoins en couple

Calculez le couple nominal à partir de la puissance et de la vitesse du moteur. Utilisez la formule :

T = 9550 × P / n

Où T est le couple en N·m, P est la puissance en kW et n est la vitesse en tr/min.

Appliquez un facteur de service en fonction de l'application. Les facteurs de service typiques vont de 1,0 pour des charges lisses et stables à 2,5 pour des charges alternatives ou à forte impulsion. Sélectionnez un accouplement dont le couple nominal dépasse le couple calculé multiplié par le facteur de service.

2. Vérifiez les dimensions des arbres

Le alésage de l'accouplement doit correspondre aux diamètres des arbres du moteur et de l'équipement entraîné. Vérifiez la capacité minimale et maximale d'alésage de l'accouplement. Si les arbres ont des dimensions différentes, sélectionnez un accouplement avec des options d'alésage différentes pour chaque moyeu.

3. Estimez le désalignement

Mesurez ou estimez le désalignement angulaire, radial et axial. Les accouplements à mâchoires tolèrent de petits désalignements, généralement :

• Angulaire : jusqu'à 1° par moyeu.

• Radial : jusqu'à 0,5 - 1,0 mm selon la taille.

• Axial : jusqu'à 0,5 - 2,0 mm selon la conception.

Dépasser ces limites raccourcit la durée de vie de la membrane en forme d'araignée et augmente les vibrations.

4. Choisissez le matériau de la membrane en forme d'araignée

Sélectionnez le matériau de la couronne en fonction de la température, de l'exposition aux produits chimiques et du couple :

5. Prendre en compte les facteurs environnementaux

Pour les applications de nettoyage à l'eau ou dans le domaine alimentaire, choisissez un moyeu en acier inoxydable et une couronne de qualité alimentaire. Pour une utilisation en extérieur, sélectionnez un matériau de couronne résistant aux rayons UV. Pour les équipements sensibles à l'électricité, envisagez une couronne isolante pour empêcher le passage de courant entre les arbres.

Procédure d'installation d'un accouplement à mâchoires

Une installation correcte prolonge la durée de vie de la couronne en caoutchouc et réduit les vibrations. Suivez ces étapes.

1. Inspecter les composants

Vérifiez les moyeux et la couronne en caoutchouc pour toute dommage avant l'installation. Vérifiez que les alésages correspondent au diamètre des arbres et que les rainures de clavette s'alignent si elles sont utilisées.

2. Monter les moyeux

Glissez chaque moyeu sur son arbre. Utilisez une clavette si nécessaire. Serrez les vis de blocage ou les boulons de serrage selon la spécification de couple du fabricant. Ne serrez pas trop, car cela peut endommager l'alésage ou déformer le moyeu.

3. Aligner les arbres

Alignez les arbres aussi précisément que possible dans les limites nominales de l'accouplement. Utilisez une règle droite, un indicateur micrométrique ou un outil d'alignement laser. Un meilleur alignement signifie une plus longue durée de vie de la couronne en caoutchouc.

4. Installer la couronne en caoutchouc

Insérez la couronne en caoutchouc dans un moyeu. Ensuite, amenez le deuxième moyeu en prise. Assurez-vous que les mâchoires s'engagent complètement dans les espaces de la couronne en caoutchouc. N'essayez pas de forcer la couronne en caoutchouc si elle ne rentre pas.

5. Vérifier l'assemblage

Faites tourner l'accouplement à la main pour confirmer un engagement fluide. Vérifiez le jeu axial et assurez-vous que les moyeux sont correctement espacés. Faites fonctionner l'entraînement à basse vitesse d'abord et surveillez les vibrations et la température.

Pour les besoins personnalisés en accouplements d'arbre, Hebei Suju peut usiner des moyeux pour des alésages non standard ou des dimensions de rainures de clavette.

Entretien et dépannage des accouplements à mâchoires

Les accouplements à mâchoires nécessitent peu d'entretien, mais ils ne sont pas exempts d'entretien. Une inspection régulière prévient les pannes inattendues.

Liste de contrôle de l'inspection

• Vérification visuelle de la couronne en caoutchouc : Recherchez des fissures, des morceaux manquants ou une usure excessive.

• Surveillance des vibrations : Une augmentation des vibrations indique souvent une dégradation de la couronne en caoutchouc ou un décalage.

• Couple des boulons : Vérifiez que les éléments de fixation des moyeux restent serrés.

• Température : Une chaleur excessive peut indiquer une surcharge ou un mauvais alignement.

• Bruit : Un grincement ou un bruit de coup peut signifier qu'il y a une couronne en caoutchouc usée ou mal positionnée.

Problèmes courants et causes

Une usine de transformation alimentaire en Italie a compris l'importance du bon matériau pour le spider. Elle utilisait des spiders en polyuréthane standard dans une zone de nettoyage humide. Les spiders ont absorbé de l'humidité et ont ramolli, causant des vibrations en moins de six mois. Après avoir changé pour des spiders en caoutchouc nitrile adaptés à l'environnement, le raccordement a fonctionné sans problème pendant deux ans.

Accouplement à mâchoires par rapport aux autres accouplements flexibles

Ces accouplements sont une option parmi de nombreux types d'accouplements flexibles. Voici comment ils se comparent.

Les accouplements à mâchoires offrent le meilleur équilibre entre coût, simplicité et amortissement pour les transmissions industrielles légères à moyennes. Lorsque le couple ou le désalignement dépasse leur plage, d'autres types d'accouplements deviennent le meilleur choix.

Matériaux et qualité de fabrication

La qualité d'un accouplement à mâchoires dépend du matériau du moyeu et de la formulation de la couronne en caoutchouc. Les moyeux en fonte sont courants pour les applications industrielles générales car ils sont économiques et offrent un bon amortissement. Les moyeux en acier sont utilisés lorsque plus de résistance est nécessaire. Les moyeux en aluminium réduisent le poids et l'inertie pour les transmissions plus petites.

La qualité de la couronne en caoutchouc est également importante. Une couronne mal conçue durcira, craquera ou s'adoucira prématurément. Les fabricants réputés testent les couronnes pour la dureté, la résistance à la traction et la résistance à la température. Lorsque vous recherchez des accouplements, demandez des informations sur les spécifications de matériau de la couronne et la durée de vie estimée dans vos conditions de fonctionnement.

Chez Hebei Suju, nous usinons les moyeux à partir de matériaux de qualité et fournissons des couronnes adaptées aux environnements industriels courants. Pour des conditions particulières, nous pouvons recommander ou trouver des matériaux de couronne sur mesure.

Conclusion

Cet accouplement est une solution fiable et peu exigeante en maintenance pour les équipements entraînés par moteur qui ont besoin d'amortir les vibrations et de tolérer de petits désalignements. Il n'est pas adapté à toutes les applications, mais il est le bon choix pour de nombreuses pompes, ventilateurs, compresseurs et convoyeurs.

Pour sélectionner le bon accouplement, calculez le couple, vérifiez les dimensions des arbres, estimez le désalignement, choisissez le bon matériau pour la couronne et prenez en compte l'environnement. Installez les moyeux avec le bon alignement et le bon couple, inspectez régulièrement la couronne et remplacez - la avant qu'elle ne tombe en panne.

Chez Hebei Suju, nous fournissons des accouplements à mâchoires et d'autres accouplements flexibles pour les applications industrielles à l'échelle mondiale. Si vous avez besoin d'un accouplement standard ou d'une conception personnalisée pour un alésage spécial ou un environnement particulier, envoyez-nous votre dessin ou demandez un devis pour obtenir un support technique.