Un ingénieur de production d'une boulangerie industrielle coréenne a spécifié une pièce de rechange pour un appareil défectueux. chaîne de transmission Elle a utilisé la norme ANSI pour l'entraînement d'un pétrin. Elle a relevé la plaque signalétique du moteur (7,5 kW à 1 450 tr/min), appliqué le coefficient de service ANSI de 1,3 pour des chocs modérés, trouvé une chaîne adaptée dans le tableau de sélection et l'a commandée. La chaîne de remplacement a lâché au même endroit après 1 100 heures, soit presque exactement la même durée de vie que la chaîne d'origine. Le choix de la chaîne était techniquement correct pour une application standard à chocs modérés. Cependant, il ne tenait pas compte du fait que le pétrin démarre à pleine charge trois fois par poste (avec une pâte froide et ferme) et que chaque démarrage atteint un pic de couple environ quatre fois supérieur au couple nominal pendant les 2 à 3 premières secondes. Le système de coefficient de service ANSI s'applique aux charges continues et cycliques modérées ; il ne prend pas en compte les charges d'inertie au démarrage. Dimensionner l'entraînement pour le couple de démarrage plutôt que pour le couple nominal aurait nécessité une chaîne deux tailles plus grandes, ou un accouplement hydraulique en amont pour limiter le pic de démarrage. Aucune de ces options n'a été envisagée car les conditions de démarrage n'ont pas été prises en compte dans le calcul de sélection.
Sélectionner la bonne réponse chaîne de transmission Cela nécessite de résoudre successivement quatre questions d'ingénierie distinctes, chacune devant être traitée en fonction des conditions réelles de fonctionnement et non des valeurs nominales. Ce guide décrit la méthode pour chaque étape.
Étape 1 — Déterminer la puissance nominale corrigée
La méthode de sélection ANSI B29.1 commence par la puissance nominale corrigée, qui correspond à la puissance nominale du moteur multipliée par un coefficient de service tenant compte des caractéristiques de charge de la machine entraînée. Les coefficients de service ANSI publiés sont les suivants :
| Type de charge | Charger le personnage | Facteur de service ANSI | Exemples typiques d'équipement |
|---|---|---|---|
| Lisse | Couple constant, sans pulsations | 1.0 | Pompes centrifuges, ventilateurs, agitateurs de liquides |
| Choc modéré | Cyclique ou pulsatoire, avec des pics occasionnels | 1,3–1,5 | Convoyeurs à bande, pétrins, machines-outils |
| Choc violent | Pics intermittents sévères, inversions | 1,7–2,0 | Concasseurs de roches, presses, compresseurs (alternatifs) |
Outre le facteur de service standard, deux multiplicateurs supplémentaires s'appliquent dans des cas spécifiques : a facteur à brins multiples (lorsqu'on utilise une chaîne duplex ou triplex, la puissance nominale est multipliée respectivement par 1,7 ou 2,5 plutôt que simplement doublée ou triplée, car les brins ne répartissent pas la charge de manière parfaitement égale) ; et un facteur de pignon fou (une simple poulie de renvoi du côté mou réduit la capacité de puissance nominale d'environ 10 à 15% en raison du cycle de fatigue de flexion supplémentaire introduit).
Étape 2 — Sélectionnez le pas de chaîne dans le tableau des puissances.
La relation entre le rapport de transmission, la vitesse de l'arbre et le couple est fondamentale pour le choix correct du pas de chaîne.
Les tableaux de puissance ANSI B29.1 permettent de convertir toute combinaison de puissance nominale corrigée (kW) et de vitesse de rotation du petit pignon (tr/min) en un pas de chaîne recommandé. Le tableau est divisé en zones, chacune délimitée par une vitesse de rotation minimale et maximale correspondant à la puissance nominale de la chaîne pour chaque pas. Le pas correct est celui dont la zone contient le point de conception (intersection puissance × vitesse de rotation).
Deux règles de sélection que le tableau seul ne mentionne pas : premièrement, lorsque le point de conception se situe près de la limite entre deux zones de pas, il convient de toujours choisir le pas le plus petit et de vérifier si un lubrifiant double brin est préférable à un lubrifiant simple brin. Deuxièmement, à basse vitesse (inférieure à environ 100 tr/min sur le petit pignon), les valeurs de puissance indiquées dans le tableau deviennent prudentes car la formation du film lubrifiant est négligeable. À très basse vitesse, il est donc recommandé de choisir la taille supérieure indiquée dans le tableau et de spécifier une lubrification continue, quelle que soit la limite du tableau.
| Pas de chaîne | Plage de vitesse pratique (tr/min) | Puissance nominale à 500 tr/min (kW, 17T) | Puissance nominale à 1450 tr/min (kW, 17T) | Vitesse maximale recommandée (tr/min, 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400 à 3 000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200–2 500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150–2 000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100–1 800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60–1 200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Les puissances indiquées dans ce tableau concernent une chaîne monobrin de 17 dents avec lubrification par goutte à goutte de type 2. La puissance nominale réelle augmente avec le nombre de dents (17T → 21T augmente la capacité d'environ 18%) et diminue en cas de lubrification insuffisante (une lubrification manuelle à la vitesse nominale réduit la capacité effective de 30 à 40% par rapport à la valeur de type 2). Ce tableau constitue un point de départ pour le choix de la chaîne, et non un point d'arrivée ; il est impératif de toujours se référer au tableau de sélection publié par le fabricant pour la catégorie de chaîne considérée.
Étape 3 — Sélectionnez le nombre de dents du pignon et confirmez le rapport de transmission
Une fois le pas de la chaîne confirmé, le nombre de dents du pignon est sélectionné pour obtenir le rapport de vitesse requis. La formule du rapport de transmission est exacte pour les transmissions par chaîne grâce à l'engagement positif.
Trois règles relatives au nombre de dents qui affectent la qualité de la transmission au-delà du rapport :
La norme ANSI B29.1 spécifie 17 dents comme minimum pratique pour un fonctionnement fluide et silencieux. En dessous de 17 dents, la variation de vitesse due à l'effet polygonal dépasse ±1,7%, générant un bruit audible et une ondulation mesurable de la vitesse de l'arbre. En dessous de 13 dents, l'angle d'enroulement du petit pignon descend en dessous de 120°, réduisant le nombre de dents en prise et nécessitant une réduction de la puissance nominale. Utilisez un minimum de 17 dents sur le pignon d'entraînement ; 21 dents ou plus pour l'indexage de précision et les entraînements servo-couplés.
L'utilisation d'un pignon avec un nombre impair de dents et d'un pignon avec un nombre pair garantit que chaque rouleau entre en contact avec chaque dent de son pignon, plutôt que de frotter sans cesse contre la même dent. Ceci répartit l'usure sur toute la circonférence du pignon au lieu de la concentrer sur la fraction de dents qui serait constamment en contact avec les mêmes rouleaux. L'effet est particulièrement marqué lorsque la longueur de la chaîne est un multiple entier du pas ; éviter ce phénomène de « dents en attente » en utilisant des pignons dont le nombre de dents est un multiple de 1 permet d'obtenir une répartition de l'usure nettement plus uniforme.
La norme ANSI B29.1 recommande un rapport de transmission maximal de 7:1 pour une transmission à un seul étage. Au-delà de ce rapport, l'angle d'enroulement du petit pignon diminue au point où la tension de la chaîne ne peut plus être maintenue de manière fiable sans tendeur. Plus concrètement, pour les rapports supérieurs à 5:1 en un seul étage, il est généralement préférable d'opter pour une transmission par chaîne à deux étages ou un système combinant chaîne et boîte de vitesses. En effet, le grand pignon mené nécessaire pour un rapport de 7:1 aux vitesses de rotation courantes devient physiquement impraticable pour les pas de chaîne moyens et importants.
Étape 4 — Réglage de l'entraxe, de la longueur de la chaîne et de l'affaissement
L'entraxe recommandé pour les transmissions par chaîne horizontales standard est de 30 à 50 fois le pas de la chaîne. Pour une chaîne ANSI #60 avec un pas de 19,05 mm, cela correspond à une plage recommandée de 571 à 952 mm. Un entraxe inférieur à 30 fois le pas réduit l'angle d'enroulement sur le petit pignon ; un entraxe supérieur à 50 fois le pas crée un grand espace libre du côté mou, générant des vibrations de résonance à certains régimes moteur. Dans les deux cas extrêmes, des mesures supplémentaires sont nécessaires : un tendeur pour les entraxes courts, un guide-chaîne ou un amortisseur de vibrations pour les grands espacements.
La longueur de la chaîne en pas (maillons) est calculée à partir de :
Arrondissez le résultat à l'entier pair le plus proche pour permettre l'utilisation d'un maillon complet standard (les demi-maillons ou les maillons décalés sont plus fragiles et doivent être évités sauf pour les applications légères). Ajustez ensuite légèrement l'entraxe pour adapter la chaîne à maillons entiers : réduisez l'entraxe si vous arrondissez à l'inférieur, augmentez-le si vous arrondissez à l'entier supérieur.
Pour une transmission horizontale, le jeu du brin mou doit être réglé à environ 2% de l'entraxe. Pour une transmission avec un entraxe de 600 mm, le jeu correct, mesuré au centre du brin inférieur de la chaîne, transmission à l'arrêt, est d'environ 12 mm. Une chaîne trop tendue augmente la charge sur les paliers et provoque une surchauffe ; une tension insuffisante entraîne un flottement du brin mou et accroît la vitesse d'impact lors de l'engagement des galets sur le pignon d'entraînement. Sur les transmissions à brins verticaux ou inclinés, le jeu requis se réduit à 0–1% de l'entraxe, car la gravité contribue à la tension de la chaîne sur le brin inférieur.
Étape 5 — Sélection du système de lubrification adapté à la puissance nominale
Les tableaux de puissance ANSI sont publiés pour des types de lubrification spécifiques. L'utilisation d'une méthode de lubrification de qualité inférieure à celle préconisée réduit la puissance effective par rapport à la valeur indiquée. Il s'agit de l'aspect le plus souvent négligé lors du choix d'une transmission par chaîne, car la décision concernant la lubrification est souvent prise indépendamment du dimensionnement de la chaîne, par le service de maintenance, une fois la conception mécanique finalisée.
Dans les systèmes de transmission par chaîne installés en environnements industriels contrôlés, le choix du système de lubrification est tout aussi crucial que celui de la taille de la chaîne.
| Type de lubrification | Méthode | Vitesse applicable (tr/min, petit pignon) | Capacité de puissance par rapport à la puissance nominale |
|---|---|---|---|
| Type 1 — Manuel | Brossez ou pressez régulièrement le côté relâché. | En dessous de 200 tr/min | 60–70% de classe |
| Type 2 — Goutte à goutte | L'huile est dosée par gouttes provenant du réservoir et s'écoule à l'intérieur de la chaîne. | 200 à 1 000 tr/min | 100% de valeur nominale (sur la base du graphique) |
| Type 3 — Bain / Lanceur | La chaîne plonge dans le carter d'huile ou le disque projette de l'huile sur la chaîne. | Jusqu'à 2 000 tr/min | 130–150% de puissance nominale |
| Type 4 — Courant forcé | La pompe à huile assure un débit continu ; filtre + refroidisseur | Toutes les vitesses, y compris plus de 2 000 tr/min | 150–175% de puissance nominale |
Les implications de ce tableau sont importantes pour la conception des transmissions. Une chaîne choisie à la limite de sa capacité nominale avec une lubrification par goutte-à-goutte de type 2, puis installée avec une lubrification manuelle uniquement, fonctionne en réalité à 140–167 % de sa capacité — une condition qui entraînera une rupture par fatigue avant la durée de vie prévue, quelle que soit la qualité de la chaîne. À l’inverse, le passage d’une lubrification par goutte-à-goutte à une lubrification par bain d’huile sur une transmission existante peut augmenter efficacement la capacité de puissance de 30 à 50 %, voire reporter complètement un projet de mise à niveau de la chaîne.
Six erreurs de choix de chaîne de transmission responsables de la plupart des défaillances prématurées
La puissance nominale d'un moteur correspond à sa puissance maximale continue, et non à sa puissance moyenne en fonctionnement. Pour un moteur de 7,5 kW entraînant un convoyeur à mi-charge (3,8 kW de charge efficace), il convient de choisir le moteur en fonction de la charge efficace, et non de sa puissance nominale. Cette erreur peut entraîner un surdimensionnement de la chaîne de 50 à 100%, ce qui représente un coût supplémentaire sans conséquence. En revanche, l'application d'un coefficient de service à la puissance nominale est dangereuse, car le moteur dépasse régulièrement cette valeur lors des démarrages ou des phases transitoires.
Le démarrage direct d'un moteur (DOL) produit un couple de 5 à 7 fois le couple nominal pendant 0,5 à 2 secondes. Sur une transmission par chaîne directement couplée au moteur (sans courroie ni accouplement hydraulique pour absorber le pic de couple au démarrage), ce couple maximal est transmis intégralement par la chaîne. À 6 fois le couple nominal, une chaîne correctement dimensionnée pour le régime permanent avec un coefficient de sécurité de 7:1 présente momentanément un coefficient de sécurité de 1,2:1, inférieur au seuil de défaillance par accumulation de dommages dus à la fatigue.
Le choix de la chaîne et celui du système de lubrification doivent être effectués simultanément. Une chaîne choisie à la limite supérieure de sa capacité de lubrification par goutte à goutte de type 2, puis installée sans graisseur automatique (et donc graissée manuellement une fois par mois), fonctionne à une vitesse supérieure de 40 à 501 TP3T à sa capacité réelle dans les conditions de lubrification actuelles.
L'utilisation d'un pignon de 13 ou 15 dents pour gagner de la place engendre l'ondulation de vitesse due à l'effet polygonal décrite précédemment. Il s'agit d'un compromis de conception, et non d'une optimisation technique. Si l'espace ne permet réellement pas d'installer un pignon de 17 dents à l'entraxe requis, la solution consiste à modifier le pas de la chaîne, et non le nombre minimal de dents.
Une maillon décalé (demi-maillon) réduit la durée de vie en fatigue locale au niveau de cette liaison de 20–35% par rapport à un maillon de liaison emmanché à force. Pour les applications légères standard, cela est acceptable. Pour les transmissions lourdes ou soumises à des chocs importants, la solution appropriée consiste à ajuster l'entraxe afin d'obtenir un nombre pair de maillons et à utiliser un maillon de liaison emmanché à force par rivetage.
Un pignon ayant fonctionné avec une chaîne usée présente une géométrie de dents modifiée pour s'adapter au pas allongé. L'installation d'une chaîne neuve sur une chaîne à denture modifiée entraîne une usure prématurée accélérée : la chaîne neuve atteint son seuil de remplacement en un temps record. Remplacez la chaîne et les pignons dès que ce seuil d'allongement est atteint.
Applications où le choix correct de la chaîne de transmission a la plus grande importance
Systèmes d'indexation à servocommande. Les servomoteurs utilisés dans les applications de positionnement précis tolèrent de très faibles variations de vitesse dans la transmission par chaîne. L'effet polygonal dû à un faible nombre de dents se traduit par une erreur de position sinusoïdale sur l'arbre mené : une chaîne d'entraînement à 17 dents induit une variation de vitesse de ±1,7%, ce qui correspond à une erreur de position d'environ ±0,3 mm pour un rayon primitif de 100 mm. Pour un indexage de haute précision, un minimum de 21 dents sur la chaîne d'entraînement, avec un entraxe fixe (sans tendeur réglable) et une lubrification par bain d'huile, offre le meilleur compromis entre précision de positionnement et durée de vie. Consultez notre gamme de Pignons à alésage fini pour transmissions de précision pour les configurations compatibles.
Entraînements pour équipements agricoles. Les systèmes d'alimentation, de battage et d'élévateur des moissonneuses-batteuses fonctionnent sous des charges très variables dans des environnements abrasifs. Le principe de sélection consiste à dimensionner la chaîne de transmission pour le scénario de charge le plus défavorable, et non pour la charge moyenne, et à opter pour une chaîne étanche à joints toriques pour les transmissions critiques où l'accès à la lubrification est limité. Dans les conditions climatiques coréennes, une chaîne étanche ANSI #80 ou #100 installée dans un système d'alimentation de moissonneuse-batteuse aura une durée de vie 4 à 6 fois supérieure à celle d'une chaîne ouverte de même capacité. variantes de chaînes à rouleaux pour applications agricoles sont disponibles en stock dans les tailles de pas #60 à #120.
Moteurs industriels à processus continu. Les papeteries, les cimenteries et les centres de maintenance sidérurgiques font souvent fonctionner leurs transmissions par chaîne en continu pendant des semaines entre deux opérations de maintenance programmées. Pour ces applications, le choix de la chaîne doit reposer sur une durée de vie minimale de 10 000 heures, ce qui implique de sélectionner une chaîne dont la charge de travail ne dépasse pas 8 à 10 TP3T de la charge de rupture minimale, avec une lubrification par circulation d'huile continue. Cette exigence, volontairement prudente, est justifiée par le fait qu'un arrêt non planifié dans les industries à processus continus coûte généralement 10 à 30 fois le prix de la chaîne elle-même.
Foire aux questions
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Éditeur : Cxm
