Spider Coupling : Un guide pratique pour les entraînements électriques et les équipements rotatifs

En 2023, une équipe d'entretien de compresseurs au Mexique a passé trois heures à diagnostiquer des vibrations anormales dans un compresseur d'air de 30 kW. Les roulements du moteur étaient en bon état, les courroies étaient tendues, et les arbres semblaient bien alignés. Le problème était l'insert de l'accouplement en forme d'araignée.

Il s'était durci et craqué après deux ans dans un environnement chaud et poussiéreux. Un araignée de remplacement coûtait moins de 20 $ et prenait 20 minutes à installer. La machine a fonctionné sans problème pendant trois autres ans.

Un accouplement en forme d'araignée, également appelé accouplement à mâchoires, est l'un des accouplements flexibles les plus simples et les plus largement utilisés dans la machinerie industrielle. Il relie deux arbres grâce à des mâchoires emboîtées et à une araignée en élastomère qui absorbe les vibrations, amortit les chocs et tolère de légers décalages. Il est populaire car il est compact, économique et facile à entretenir.

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

Qu'est-ce qu'un accouplement en forme d'araignée ?

Un accouplement en forme d'araignée se compose de deux moyeux métalliques et d'une pièce d'insertion en élastomère appelée araignée. Chaque moyeu a trois machoires ou plus qui s'engrènent dans les espaces de l'araignée. L'araignée transmet le couple du moyeu menant au moyeu mené tout en absorbant les vibrations et en permettant de faibles décalages 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 l'araignée comprennent :

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

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

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

• Bronze : Utilisé dans certaines conceptions pour hautes températures ou pour l'isolation électrique.

La conception est compacte et ne nécessite pas de lubrification. Si l'araignée s'usure, 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 en forme d'araignée avec plusieurs options de matériaux d'insertion pour les groupes moto - pompes, les ventilateurs, les compresseurs et les machines générales.

Comment fonctionne un accouplement en forme d'araignée ?

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 paliers en réduisant la transmission des chocs de torsion.

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

Étant donné que l'araignée est l'élément d'usure, ces accouplements sont parfois appelés accouplements à mors. Les moyeux métalliques durent généralement toute la durée de vie de l'équipement. L'araignée est la seule pièce qui nécessite un contrôle régulier.

Types d'accouplements en forme d'araignée et leurs différences

Ces accouplements sont disponibles en 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 pièce d'insertion 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 pièce d'insertion en forme d'araignée 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 pièce d'insertion en forme d'araignée 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 éléments croisés 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 HVAC, ventilation de procédé et systèmes 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 éléments croisés de qualité alimentaire.

Évitez ce type d'accouplement lorsque :

• Le couple dépasse la capacité de l'élément croisé.

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

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

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

• L'entraînement est soumis à de fortes charges de choc ou à des cycles de renversement 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 étoile

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 normes de raccords AGMA recommandent des facteurs de service allant de 1,0 pour des charges lisses et stables à 2,5 pour des charges alternées ou à forte percussion. Sélectionnez un raccord dont le couple nominal dépasse le couple calculé multiplié par le facteur de service.

2. Vérifiez les dimensions des arbres

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

3. Estimez le désalignement

Mesurez ou estimez le désalignement angulaire, radial et axial. Ces raccords 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 croix de transmission et augmente la vibration.

4. Choisissez le matériau de la croix de transmission

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 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 en forme d'araignée

Une bonne installation prolonge la durée de vie de l'araignée et réduit les vibrations. Suivez ces étapes.

1. Inspectez les composants

Vérifiez les moyeux et l'araignée pour détecter tout dommage avant l'installation. Vérifiez que les alésages correspondent au diamètre des arbres et que les rainures de clavette sont alignées si elles sont utilisées.

2. Montez les moyeux

Faites glisser 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 fort, car cela peut endommager l'alésage ou déformer le moyeu.

3. Alignez les arbres

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

4. Installez l'araignée

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

5. Vérifiez 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 d'abord à basse vitesse et surveillez les vibrations et la température.

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

Entretien et dépannage des accouplements en araignée

Les accouplements en araignée 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 l'araignée : Recherchez des fissures, des morceaux ou une usure excessive.

• Surveillance des vibrations : Une augmentation des vibrations indique souvent une dégradation ou un désalignement de l'araignée.

• 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 crilement ou un bruit de coup peut signifier qu'une araignée est usée ou mal positionnée.

Problèmes courants et causes

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

Accouplement en araignée par rapport aux autres accouplements flexibles

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

Ces accouplements 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 de cet accouplement dépend du matériau du moyeu et de la formulation de la couronne. 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 des résistances plus élevées sont nécessaires. Les moyeux en aluminium réduisent le poids et l'inertie pour les transmissions plus petites.

La qualité de la couronne en élastomère (spider) est également importante. Une couronne mal conçue durcira, craquera ou s'adoucira prématurément. Les fabricants réputés testent les couronnes en élastomère pour la dureté, la résistance à la traction et la résistance à la température par rapport aux normes ISO de vibrations mécaniques. Lorsque vous recherchez des accouplements, demandez des informations sur les spécifications du matériau de la couronne en élastomère et la durée de vie prévue dans vos conditions de fonctionnement.

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

Questions fréquentes sur les accouplements à couronne en élastomère

Quelle est la différence entre un accouplement à couronne en élastomère et un accouplement à mâchoires ?

Il n'y a pas de différence pratique. Un accouplement à couronne en élastomère et un accouplement à mâchoires sont le même dispositif. Le terme « couronne en élastomère (spider) » fait référence à l'insert en élastomère, tandis que « mâchoires » fait référence aux moyeux métalliques emboîtés.

À quelle fréquence l'insert en élastomère devrait-il être remplacé ?

Il n'y a pas d'intervalle fixe. Inspectez la couronne en élastomère lors des maintenances prévues et remplacez - la lorsque vous voyez des fissures, des morceaux manquants, un durcissement ou une usure excessive. Dans des environnements propres avec un bon alignement, une couronne en élastomère peut durer plusieurs années.

Un accouplement en forme d'araignée peut-il supporter un couple élevé ?

Un accouplement en forme d'araignée gère bien les couples faibles à moyens. Pour des couples très élevés, des charges de choc importantes ou de grands désalignements, un accouplement à engrenages ou un accouplement à pneus est généralement le meilleur choix.

Quelles sont les causes de la défaillance prématurée d'un accouplement en forme d'araignée ?

Les causes les plus courantes sont la surcharge, le désalignement excessif, la température élevée, l'attaque chimique et le mauvais matériau pour l'araignée en fonction de l'environnement. La correction de ces conditions prolonge généralement considérablement la durée de vie de l'araignée.

Les accouplements en forme d'araignée sont-ils adaptés au traitement alimentaire ?

Oui, lorsqu'ils sont équipés de moyeux en acier inoxydable et d'un matériau pour l'araignée de qualité alimentaire. Les araignées en polyuréthane standard ne sont pas adaptées aux environnements de nettoyage à la vapeur car elles peuvent absorber l'humidité et devenir mousses.

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 supporter 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 en caoutchouc et tenez compte de l'environnement. Installez les moyeux avec le bon alignement et le bon couple, inspectez régulièrement la couronne en caoutchouc et remplacez - la avant qu'elle ne tombe en panne.

Chez Hebei Suju, nous fournissons des accouplements à couronne en caoutchouc 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 soutien technique.