Détails des inserts en élastomère pour les accouplements

Les accouplements en élastomère sont un type d’accouplement d’arbre. Ils transfèrent le couple entre deux arbres et effectuent des tâches telles que la transmission de puissance, la compensation des erreurs d’alignement, mais également l’amortissement des chocs et des vibrations. Les accouplements en élastomère assurent une transmission de puissance optimale en utilisant divers matériaux et également en fonction de leurs propriétés et de leur forme. Les propriétés de l’accouplement élastomère respectif empêchent simultanément la transmission des vibrations de l’arbre d’entraînement à l’arbre couplé. L’article suivant aborde ces propriétés, la détermination de la dureté des élastomères et des exemples d’applications.

Termes : Accouplements à griffes et accouplements à griffes en élastomère

Les accouplements à griffes sont des accouplements de verrouillage dont la tâche est de transférer le couple entre deux arbres. Les accouplements à griffe ne sont pas rigides. En fonction de leur conception, on peut compenser les erreurs angulaires ainsi que les erreurs radiales et axiales, tout en garantissant simultanément une transmission de puissance élevée et précise. Leur construction de base se compose de deux moyeux métalliques qui s’engagent les uns dans les autres comme des griffes et transfèrent ainsi un couple de manière verrouillée. S’agissant de l’amortissement des vibrations et la capacité de charge, les caractéristiques des accouplements à griffes peuvent être influencées par différents amortisseurs. Sur les accouplements en élastomère, ces amortisseurs sont fabriqués en élastomère.

Les accouplements à griffes en élastomère utilisent un élément de compensation qui transfère le couple de manière élastique en rotation et amortissant les vibrations (pour plus de détails sur la transmission du couple, voir Transmission des mouvements de rotation – Notions de base des accouplements). Dans les applications à fort impact et à forte vibration, l’élément peut avoir un impact significatif sur la durée de vie de l’ensemble du système. L’élément de compensation ou l’insert d’accouplement influence de manière significative les propriétés de la transmission ou de l’accouplement. En règle générale, une précharge compressive agit sur l’élément qui garantit le jeu de l’embrayage. Les inserts d’accouplement en élastomère peuvent se présenter sous différentes formes, par exemple des étoiles ou des anneaux ou des disques croisés en élastomère.

Les inserts en élastomère doivent également être remplacés comme pièces détachées ou s’ils sont usés. La figure suivante présente un exemple de la façon dont on peut construire un accouplement à griffes et comment monter l’insert d’accouplement correspondant :

Autres accouplements avec inserts en élastomère

En plus des accouplements à griffes, les inserts en élastomère sont également utilisés sur d’autres types d’accouplements, tels que les accouplements Oldham et les accouplements à disque à ressort. Pour une présentation détaillée des types d’accouplement courants, consultez notre article Présentation des types d’accouplement en génie mécanique.

Comme les accouplements à griffes, l’accouplement Oldham repose également sur deux moyeux. Une rondelle qui s’engage dans les rainures des moyeux est placée entre les moyeux. Le disque croisé élastique permet à l’accouplement de se déplacer latéralement, ce qui permet de l’utiliser dans des applications comportant un décalage radial. Un banc d’essai moteur serait, par exemple, une application pour un accouplement Oldham avec insert en élastomère :

• (1) Axe X de la table de positionnement
• (2) Poste de test de performance
• (3) Accouplement d’arbres
• (4) Supports, en forme de L

Sur un embrayage à disque, les moyeux sont dentés et reliés à un pignon de chaîne élastique. Cela atténue et compense les erreurs d’alignement. Ils sont adaptés aux charges dynamiques.

La boutique MISUMI propose de nombreux accouplements d’arbre tels que des accouplements à fente, des accouplements à disque (servocoupleurs), des accouplements Oldham ou des accouplements à griffes. Si vous recherchez des informations sur le calcul des boîtes de vitesses dans ce contexte, notre article « Calcul des différentes boîtes de vitesses » vous aidera.

Autres propriétés des inserts d’accouplement en élastomère

Les inserts d’accouplement en élastomère possèdent non seulement des propriétés d’amortissement, mais offrent également une certaine flexibilité et résistance. Cette flexibilité permet une compensation du décalage entre les deux arbres destinée aux décalages radiaux, axiaux ou angulaires. Les petites inexactitudes sont compensées par l’insert en élastomère sans affecter la transmission de puissance. Globalement, les inserts en élastomère protègent ainsi directement les composants connectés des charges non uniformes et prolongent la durée de vie de l’ensemble du système.

Cependant, la flexibilité a également ses limites : la probabilité que des pics de couple extrêmes provoquent la défaillance de l’insert en élastomère est élevée. En revanche, cela peut certainement avoir un effet positif : cette protection contre les surcharges empêche d’autres dommages aux autres composants en provoquant d’abord la défaillance de l’accouplement, rompant ainsi la connexion. Cette propriété est exploitée par des couplages à sécurité intégrée ou de surcharge.

Matériaux adaptés aux inserts en élastomère

Les inserts de couplage de précision sont généralement fabriqués en polyuréthane thermoplastique (abréviation : TPU), un matériau thermiquement stable dans une plage de température comprise entre -30 °C et +120 °C. Le matériau HYTREL peut également être utilisé, car il possède une structure spéciale et sert principalement dans les applications à températures extrêmes. Parmi les autres matériaux, on peut citer :

• Caoutchouc nitrile (NBR) : Ce matériau est particulièrement résistant aux huiles et aux graisses. Son utilisation dans les boîtes de vitesses ou les pompes est donc évidente. Cependant, le caoutchouc nitrile est sensible à la température et peut devenir cassant et durcir au-delà de 100 °C. Le caoutchouc nitrile hydrogéné (HNBR), qui possède une résistance à la température plus élevée, est disponible en tant qu’avancée supplémentaire. Cependant, il n’a pas la même élasticité que le NBR.
• Caoutchouc éthylène-propylène-diène : L’EPDM est très résistant aux rayons UV, aux températures élevées et à l’ozone et convient aux applications extérieures ou aux systèmes CVC. Cependant, il ne peut pas être employé dans des environnements qui utilisent des huiles ou des graisses.
• Caoutchouc de silicone (VMQ) : Le silicone a une résistance élevée à la température (jusqu’à 180 °C), mais une faible résistance à l’abrasion et à l’huile, aux acides, etc. Il n’est donc adapté que dans une mesure limitée aux environnements industriels.

Enfin, comme c’est généralement le cas, le choix du matériau approprié dépend de l’application spécifique. La plage de température, la résistance chimique et la capacité de charge mécanique sont certainement les critères de sélection les plus importants. Cependant, le polyuréthane est considéré comme une bonne solution universelle.

Dureté Shore en lien avec les inserts d’accouplement en élastomère

La dureté Shore est généralement un critère important pour la sélection des inserts d’accouplement en élastomère. La dureté Shore influence directement les propriétés de rigidité d’amortissement de l’élastomère et de l’accouplement dans son ensemble. Plus la dureté Shore est élevée, plus l’élastomère est dur. Par conséquent, il se déforme moins, ce qui rend le couplage lui-même plus rigide et permet de transférer le couple avec plus de précision. Cependant, cela réduit également les propriétés d’amortissement. Un élastomère plus souple avec une faible dureté Shore doit être utilisé si l’amortissement des vibrations et l’absorption des chocs sont des critères clés.

La dureté Shore des matériaux élastiques tels que le plastique ou le caoutchouc peut être classée en utilisant des méthodes de test de dureté. Toutes les méthodes ont en commun l’introduction d’un corps étranger dans un échantillon d’essai avec une force définie, suivie de la mesure de la profondeur de pénétration. Différentes échelles sont utilisées en fonction de la dureté du matériau testé. La dureté Shore A et la dureté Shore D sont pertinentes pour les élastomères. La méthode Shore A repose sur l’introduction d’une bille ou d’une pointe plate d’un diamètre de 0,79 mm en tant que corps étranger. Elle est utilisée pour les élastomères plus souples. Pour les élastomères plus durs, l’échelle Shore D s’applique et un corps étranger avec une pyramide à bords tranchants est introduit en tant qu’extrémité.

Vous trouverez plus d’informations sur la dureté des matériaux dans notre article sur les niveaux de dureté et les tests de dureté.

Différentes duretés Shore pour les élastomères en général

Les inserts d’accouplement en élastomère peuvent être classés en fonction de leur degré de dureté comme suit :

• Degré moyen de dureté : Type A
• Degré faible de dureté : Type C
• Degré élevé de dureté : Types B, D et E

MISUMI propose des étoiles ou des anneaux en élastomère de différentes duretés :

• A = Dureté Shore 98 Sh A
• B = Dureté Shore 64 Sh D
• C = Dureté Shore 80 Sh A
• D = Dureté Shore 65 Sh D
• E =  Dureté Shore 64Sh D

Type A

Les inserts d’accouplement en élastomère de type A sont les inserts en élastomère les plus couramment utilisés. Ils ont un niveau de dureté de 98 Sh A et ont une bonne combinaison d’absorption des vibrations et de capacité de charge.

Type C

Le type C est le type d’élastomère le plus doux avec une dureté de 80 Sh A. Ce type possède les meilleures propriétés d’amortissement.

Types B, D et E

Les types B, D et E sont le groupe le plus dur d’inserts d’accouplement en élastomère avec une dureté Shore de 64-65 Sh D. Ils possèdent une rigidité de torsion relativement élevée, mais une puissance d’amortissement plutôt faible.