L'accouplement d'arbre à cardan, souvent simplement appelé accouplements à joint universel, est un dispositif mécanique utilisé pour relier deux arbres qui ne sont pas sur la même ligne droite et pour transmettre le couple et le mouvement de rotation.
Composants structurels d'un accouplement à joint universel
Un accouplement à joint universel typique se compose des principaux composants suivants :
1. Fourches : fixées respectivement aux deux arbres de transmission, utilisées pour relier les arbres transversaux.
2. Arbre transversal : situé au centre de l'accouplement, c'est le composant principal de la transmission du couple.
3. Roulements à aiguilles ou paliers lisses : assurez-vous que l'arbre transversal peut tourner librement, réduisant ainsi la friction et l'usure.
4. Brides de connexion ou dispositifs de serrage : utilisés pour l'installation et la fixation, garantissant la fiabilité de la transmission.
Les accouplements universels hautes-performances sont généralement fabriqués en acier allié ou en acier-traité thermiquement pour améliorer la solidité et la résistance à l'usure.
Le principe de compensation de l’accouplement universel
Accouplements à cardanpeut transmettre le couple et la vitesse même lorsque deux arbres ne sont pas colinéaires. Leur fonction principale est de compenser le désalignement angulaire. Grâce à une structure d'arbre transversal-, ils permettent aux arbres d'entrée et de sortie de tourner librement dans une certaine plage angulaire. Lorsque l'arbre d'entrée tourne, les fourches aux deux extrémités de l'arbre transversal - entraînent l'arbre de sortie avec des vitesses angulaires alternées, obtenant ainsi une connexion flexible et compensant le désalignement causé par des erreurs d'installation ou une déformation opérationnelle.
Les joints universels à section unique-sont adaptés aux petits écarts angulaires (3 degrés à 15 degrés) ; pour des angles plus grands ou lorsqu'une sortie à vitesse constante est requise, des joints universels doubles sont généralement utilisés. En disposant deux sections à angles égaux, les vitesses angulaires d'entrée et de sortie sont rendues cohérentes, permettant une transmission fluide.
Formule de calcul de compensation d'angle
Lorsque l'angle inclus entre les deux axes est , l'angle de l'axe d'entrée est θ et l'angle de l'axe de sortie est ψ. Leur relation de mouvement est la suivante :
Par conséquent, le rapport des vitesses angulaires peut être obtenu :
Comme le montre la formule, si un seul joint universel est utilisé, la vitesse angulaire fluctue périodiquement avec θ. Pour réduire l'erreur, il est recommandé que l'angle inclus soit inférieur ou égal à 10 degrés. Si est grand, une structure à double cardan peut être utilisée, en garantissant que les angles des deux joints sont égaux ( ₁=₂) et que les fourches sont en phase, donc :
Obtenir une transmission à vitesse constante
Calculs d'installation et d'étalonnage réels
Lors de l'installation des accouplements à cardan, déterminez d'abord l'angle de décalage réel _réel entre les axes d'entrée et de sortie, qui peut être mesuré à l'aide d'un rapporteur ou d'une machine à mesurer tridimensionnelle. Si l'angle de compensation maximum autorisé dans la conception de l'équipement est _admissible, les conditions suivantes doivent être respectées :
Pour les machines industrielles générales, _allowable est généralement réglé entre 5 et 10 degrés, tandis que pour les transmissions lourdes-, cette valeur peut être assouplie à 15 degrés. Si _réel dépasse la limite, le décalage doit être réduit en ajustant la position d'installation ou en ajoutant un arbre intermédiaire.
Pour un joint universel double, si l'angle total inclus est _total, les angles de répartition des deux joints doivent satisfaire :
Cela garantit que les fluctuations de vitesse angulaire des deux sections s'annulent, ce qui entraîne une transmission fluide.
Exemple d'application d'ingénierie
En supposant que l'angle inclus _total=12 degré soit mesuré après l'installation des deux arbres de transmission et qu'une connexion à double joint universel soit utilisée, l'angle de compensation de chaque joint universel doit être :
Si l'angle nominal d'une structure à section unique-est de 10 degrés, la conception est raisonnable et peut garantir un fonctionnement stable. Si un seul joint universel est utilisé, le taux de fluctuation de la vitesse angulaire peut être approximé par la formule suivante :
Cela signifie que la vitesse de sortie fluctue d'environ 1,1 % au cours d'un cycle de rotation. La structure à double joint universel peut éliminer presque complètement cette fluctuation.
Les accouplements à cardan compensent efficacement le désalignement angulaire entre deux arbres grâce à leur structure d'arbre transversal flexible. Le cœur du calcul de compensation réside dans la mesure précise de l'angle inclus et dans l'attribution rationnelle de l'angle en fonction de la disposition à section simple-ou à double-section. Dans la conception pratique, les éléments suivants doivent être garantis :
1. _réel Inférieur ou égal à _allowable ;
2. Les structures à double-section doivent maintenir des angles et des phases égaux ;
3. Pour les équipements à haute-vitesse ou haute-précision, doit être contrôlé à moins de 5 degrés.
La maîtrise des principes de calcul et d'installation ci-dessus peut améliorer considérablement la durée de vie et la stabilité de la transmission des accouplements à cardan.
