Différence entre l'entraînement par friction et l'entraînement par engagement

La machine est un groupe de mécanismes qui nécessite une source d'énergie pour effectuer certaines tâches d'une manière prédéfinie. Les machines domestiques ou industrielles sont principalement entraînées à l'aide de moteurs principaux (tels que moteur électrique, éolienne, turbine hydraulique ou à vapeur, moteur à combustion interne, etc.). Habituellement, ce moteur principal est situé à l'écart de l'unité de la machine et tourne à une vitesse supérieure à celle requise dans les machines. Le système de transmission de puissance mécanique est utilisé pour transmettre la puissance de ce moteur principal à l'unité de la machine. Un tel système de transmission sert à peu d'objectifs de base, tels que (i) transmettre le mouvement, le couple et la puissance de l'arbre d'entraînement à l'arbre entraîné, (ii) inverser le sens de rotation, comme dans le sens horaire à antihoraire ou vice versa, et (iii) pas à pas augmenter ou diminuer la vitesse de rotation.

Le système de transmission de puissance mécanique se compose de quatre entraînements et de quelques éléments. Quatre entraînements sont l'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble. Chacun d'eux a certains avantages par rapport aux autres. Ils participent directement à la transmission et à la manipulation du mouvement et de la puissance pour répondre aux exigences exactes. Ils récupèrent essentiellement la puissance de l'arbre d'entraînement et la transfèrent à l'arbre entraîné. De tels entraînements peuvent être utilisés des applications à basse vitesse et à faible puissance (telles que les montres mécaniques, les jouets, etc.) aux applications à grande vitesse et à usage intensif (telles que les entraînements marins, les centrales électriques, les différentiels de véhicules, etc.). D'autre part, les éléments de transmission de puissance comprennent l'arbre, la clavette, l'accouplement, le frein, l'embrayage, le pignon, la poulie, etc. Ces éléments sont utilisés avec l'entraînement pour faciliter une transmission de puissance facile et efficace.

Quatre entraînements du système de transmission de puissance mécanique peuvent être classés de différentes manières. L'un de ces critères de classification est le moyen de transmission de puissance. Sur cette base, quatre entraînements peuvent être classés en deux groupes :entraînement à friction et entraînement à engagement. Dans tous ces entraînements où la puissance est transmise au moyen de friction sont appelés entraînements à friction . L'entraînement par courroie et l'entraînement par câble entrent dans cette catégorie. Leur capacité de transmission de puissance est limitée aux caractéristiques de frottement de deux surfaces en contact. La perte de puissance est également plus due au frottement. Cependant, ils ont la capacité inhérente de protéger le système contre les surcharges. En revanche, dans les campagnes d'engagement , la transmission de puissance s'effectue au moyen d'engagements et de dégagements successifs de deux pièces pleines. La force de friction ne joue aucun rôle dans de tels entraînements. La transmission par engrenages et la transmission par chaîne entrent dans cette catégorie. Les différentes différences entre l'entraînement par friction et l'entraînement par engagement sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différence entre l'entraînement par friction et l'entraînement par engagement

Moyens de transmission de puissance : L'objectif fondamental des entraînements mécaniques est de transmettre le mouvement et la puissance de l'arbre moteur à l'arbre entraîné. Cette transmission de puissance peut être réalisée soit par frottement, soit par accouplement. De tels entraînements mécaniques où le mouvement et la transmission de puissance se produisent par friction sont appelés entraînements par friction. Par exemple, la force de friction entre la poulie et la courroie aide à entraîner un arbre en récupérant la puissance d'un autre arbre. Outre l'entraînement par courroie, l'entraînement par câble entre également dans cette catégorie. En revanche, lorsque la transmission de puissance s'effectue par enclenchement et dégagement successifs de roues dentées, alors cet entraînement mécanique est qualifié d'entraînement en prise. Ici, la force de frottement ne joue aucun rôle dans la transmission de puissance. Par exemple, dans l'entraînement par chaîne, l'accouplement des dents du pignon avec la fente correspondante dans la chaîne aide à transmettre la puissance. De même, l'entraînement par engrenage est un autre exemple d'entraînement par engagement.

Rapport de glissement et de vitesse : Le rapport de la vitesse de l'arbre moteur à la vitesse de l'arbre entraîné est appelé rapport de vitesse. Divers phénomènes tels que le glissement, le fluage et l'effet polygonal peuvent modifier le rapport de vitesse. Un entraînement mécanique qui fournit un rapport de vitesse constant est appelé entraînement positif. L'entraînement par courroie, étant un entraînement par friction, a tendance à glisser. Le glissement dans ce contexte indique l'un ou les deux parmi deux cas - (i) l'arbre d'entraînement tourne mais la courroie ne tourne pas, et (ii) la courroie tourne mais l'arbre entraîné ne tourne pas. Chaque entraînement à friction est sujet au glissement et ne peut donc pas fournir un rapport de vitesse constant (entraînement non positif). Les commandes de fiançailles sont exemptes du navire ; cependant, ils ne fournissent pas nécessairement un rapport de vitesse constant. L'entraînement par chaîne n'est pas affecté par le glissement, mais l'effet polygonal dans la chaîne peut entraver le rapport de vitesse dans une petite mesure. L'entraînement par engrenage peut être considéré comme le seul entraînement positif.

Protection contre les surcharges : Parfois, la charge sur l'arbre d'entraînement augmente brusquement au-delà de la limite autorisée. Cela peut se produire pour diverses raisons telles que la rupture de la fraise, une erreur de calcul, un blocage soudain dans une partie de la machine, etc. Le glissement inhérent des entraînements à friction peut protéger l'élément d'entraînement (moteur électrique) d'une surcharge dans l'arbre entraîné. Chaque fois que la charge augmente au-delà de la limite maximale de capacité, le glissement se produit automatiquement. Une telle installation d'isolation n'est pas disponible dans les entraînements d'engagement. Ainsi, il existe de fortes chances qu'un élément puisse être endommagé de façon permanente. Par exemple, la chaîne peut casser ou les dents de l'engrenage peuvent freiner de manière catastrophique. Dans les cas extrêmes, le moteur principal peut également endommager.

Capacité de transmission de puissance : La capacité de chaque entraînement par friction est limitée par la force de friction agissant entre deux surfaces de contact. En conséquence, les caractéristiques de frottement des surfaces de contact, la tension initiale et l'angle d'enroulement jouent un rôle crucial dans la définition de la limite de transmission de puissance. Le glissement se produit intrinsèquement chaque fois que cette limite dépasse. Ainsi, les entraînements à friction ne conviennent pas à la transmission de puissance lourde. D'autre part, la résistance des éléments concernés (tels que les dents d'engrenage ou de pignon) définit principalement la limite de transmission de puissance dans les entraînements à embrayage. La force de frottement n'a aucun rôle ici. Ces entraînements peuvent être avantageusement utilisés pour la transmission de puissance lourde.

Lubrification : Les entraînements à friction ne nécessitent qu'une lubrification occasionnelle. En fait, une lubrification plus que souhaitée n'est pas recommandée car elle augmente le glissement, ce qui entraîne une fluctuation inutile du rapport de vitesse et de la force sur les roulements. La génération de chaleur et l'usure ne sont pas des facteurs significatifs dans de tels entraînements. Au contraire, les entraînements d'engagement génèrent suffisamment de chaleur et subissent une usure progressive. Ainsi, la lubrification est fortement souhaitée ici. L'entraînement par chaîne nécessite une lubrification fréquente ; tandis que la transmission par engrenage nécessite principalement une lubrification complète. Par conséquent, le coût de maintenance est plus élevé dans les campagnes d'engagement.

Perte de puissance et efficacité : La perte de puissance due au frottement et au glissement rend les entraînements à friction moins efficaces. En règle générale, l'entraînement par courroie ou câble peut fournir une efficacité de 92 à 96 % pour une seule étape. Les entraînements d'engagement peuvent fournir une plus grande efficacité grâce à une lubrification appropriée (friction réduite) et moins de perte de puissance. Un entraînement par chaîne peut fournir une efficacité de 95 à 97 % ; tandis que l'entraînement par engrenage peut fournir jusqu'à 99 % d'efficacité en une seule étape.

Une comparaison scientifique entre l'entraînement par friction et l'entraînement par engagement est présentée dans cet article. L'auteur vous suggère également de parcourir les références suivantes pour une meilleure compréhension du sujet.

1. Design of Machine Elements par V. B. Bhandari (quatrième édition ; McGraw Hill Education).
2. Machine Design par R. L. Norton (cinquième édition ; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design par R. S. Khurmi et J. K. Gupta (S. Chand ; 2014).