Différence entre l'entraînement par courroie plate et l'entraînement par courroie trapézoïdale

La machine peut être définie comme l'ensemble des mécanismes capables d'effectuer certaines tâches en développant l'énergie. La majorité des machines sont entraînées par une puissance mécanique, qui n'est rien d'autre que le couple de l'arbre de rotation. Un moteur principal est utilisé pour convertir une autre forme d'énergie en énergie mécanique. Par exemple, un moteur électrique convertit l'énergie électrique en puissance mécanique. Cependant, de tels moteurs principaux sont situés à distance de l'unité de machine et ainsi un autre système de transmission est souhaité. Voici le rôle du système de transmission de puissance mécanique, qui transmet le mouvement, le couple et la puissance de l'élément conducteur (comme le moteur principal) à l'élément entraîné (comme l'unité de la machine). Quatre entraînements mécaniques, à savoir l'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble sont utilisés à cette fin.

L'entraînement par courroie est un entraînement par friction où le mouvement et la puissance sont transmis par friction. Ici, deux poulies sont d'abord montées avec les arbres menant et entraîné. Une courroie sans fin est ensuite partiellement enroulée autour des poulies en maintenant une tension appropriée. L'entraînement par courroie convient à la transmission de puissance sur de petites à longues distances et peut intrinsèquement protéger le système contre les surcharges et les vibrations. Étant donné que la force de friction entre la poulie et la courroie aide à transmettre la puissance, la capacité de la transmission par courroie est principalement limitée par les caractéristiques de friction, l'angle de contact et la tension initiale. Une façon d'augmenter la capacité de transmission consiste à augmenter l'enveloppement ou l'angle de contact. Cela peut être fait en remplaçant la transmission par courroie ouverte par une transmission par courroie croisée, si cela est autrement autorisé.

Une autre façon d'améliorer la capacité de transmission de puissance consiste à augmenter la surface de contact entre la courroie et la poulie. Ceci est réalisé en utilisant un entraînement par courroie trapézoïdale. En entraînement par courroie plate on utilise une courroie jointe de section rectangulaire où une seule face plane de la courroie reste en contact avec la poulie. Bien que sa capacité soit faible, il est massivement utilisé pour la transmission d'énergie sur de longues distances. Il peut avoir deux arrangements :ouvert et croisé. Entraînement par courroie trapézoïdale utilise une courroie trapézoïdale sans fin (section transversale) avec des poulies ayant une rainure en V correspondante. Ici, deux surfaces latérales de la courroie restent en contact avec la poulie, ce qui augmente la capacité de transmission et réduit le glissement. Cependant, il est particulièrement adapté lorsque les arbres d'entraînement et menés sont à faible distance. Les différentes différences entre l'entraînement par courroie plate et l'entraînement par courroie trapézoïdale sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différence entre l'entraînement par courroie plate et l'entraînement par courroie trapézoïdale

Configuration de la ceinture : Une courroie plate est articulée en un point pour former une courroie sans fin. Il a une section rectangulaire où la largeur est sensiblement plus grande que l'épaisseur. Seule la surface intérieure de la courroie peut entrer en contact avec les poulies. Les poulies ont une forme cylindrique où la surface extérieure ne touche que la courroie. Par conséquent, la force de friction entre la surface extérieure de la poulie et la surface intérieure de la courroie est utilisée pour transmettre le mouvement et la puissance de l'arbre d'entraînement à l'arbre entraîné. D'autre part, une courroie trapézoïdale a une section trapézoïdale où la largeur de la courroie dans le plus grand côté est presque identique à l'épaisseur. La poulie a également une rainure en V pour accueillir la courroie. L'angle en V de la poulie doit correspondre à l'angle entre deux faces non parallèles de la courroie.

Bruit et vibration : Comme mentionné précédemment, une courroie plate est articulée à l'aide d'écrous et de boulons pour la rendre sans fin. Une rainure existe toujours à cette jonction. En raison de la surface intérieure asymétrique de la courroie, l'entraînement par courroie plate produit un bruit et des vibrations considérables. Cela limite parfois son application à très grande vitesse. D'autre part, la courroie trapézoïdale est produite de manière sans fin et il n'existe donc aucun assemblage. Ainsi, il produit moins de vibrations et son fonctionnement est également silencieux.

Contact entre la courroie et la poulie : Comme mentionné précédemment, seule la surface intérieure de la courroie plate reste en contact avec la surface extérieure de la poulie cylindrique. En cas de courroie trapézoïdale, deux surfaces inclinées restent simultanément en contact avec les deux surfaces latérales de la poulie en forme de V.

Capacité de transmission de puissance : Comme tout entraînement mécanique, l'objectif fondamental de l'entraînement par courroie est de transmettre le mouvement et la puissance d'un arbre à l'autre. Étant donné que l'entraînement par courroie est un entraînement par friction, la capacité de transmission de puissance repose principalement sur les caractéristiques de friction des surfaces de contact. Chaque fois que la charge dépasse la force de frottement, le glissement se produit automatiquement. Plus le coefficient de frottement entre la courroie et la poulie est élevé, plus la capacité de transmission sera élevée; cependant, la génération de chaleur et l'usure seront également plus importantes. Au lieu d'augmenter directement le coefficient de frottement, il peut être amélioré indirectement en utilisant une courroie trapézoïdale au lieu d'une courroie plate. Il peut être prouvé que le coefficient de frottement effectif dans la courroie trapézoïdale est 2 à 3 fois plus élevé (basé sur l'angle en V de la courroie, qui est généralement de 40°) par rapport à la courroie plate du même matériau. En conséquence, l'entraînement par courroie trapézoïdale peut transmettre une puissance nettement plus élevée sans patinage.

Distance entre les arbres : Un entraînement mécanique approprié est sélectionné en fonction de l'entraxe entre l'entraînement et les arbres entraînés. Par exemple, l'entraînement par engrenage convient à un faible entraxe, généralement jusqu'à 1 m. L'entraînement par chaîne peut être utilisé pour des distances petites à modérées, généralement jusqu'à 3 m avec l'aide de pignons de ralenti. L'entraînement par courroie peut être utilisé pour une large gamme d'entraxes, de moins de 1 m à 15 m de long. Un entraînement par courroie plate est particulièrement adapté à la transmission de puissance sur de longues distances ; tandis que la courroie trapézoïdale est préférée uniquement pour les petites distances (généralement inférieures à 1 m).

Réduction de vitesse : Les unités de la machine sont entraînées par des moteurs principaux. Habituellement, l'arbre d'entraînement du moteur principal tourne à une vitesse supérieure à celle requise dans l'arbre entraîné des machines. Ainsi, une réduction de la vitesse de rotation est nécessaire et cela peut être obtenu en modifiant les diamètres des poulies menante et menée. Cependant, chaque entraînement mécanique peut modifier le rapport de vitesse dans une plage. Un entraînement par courroie plate peut offrir une réduction de vitesse jusqu'à 1:4 ; supérieur à celui-ci peut augmenter de manière indésirable le glissement. En raison d'un coefficient de frottement effectif plus élevé, la courroie trapézoïdale offre une réduction de vitesse plus élevée, même jusqu'à 1:7.

Déplacement de la courroie : Parfois, une seule unité de machine nécessite une vitesse variable à différents stades de fonctionnement. En outre, un seul moteur principal peut être utilisé pour entraîner plusieurs machines, chacune nécessitant une vitesse de fonctionnement variable. Dans un tel scénario, une poulie étagée est adoptée lorsqu'un certain nombre de poulies ayant un diamètre différent sont montées sur un seul arbre. Si une courroie plate est utilisée, la courroie peut être facilement déplacée d'une poulie à l'autre en condition de fonctionnement. Ainsi, la vitesse de rotation de l'arbre entraîné peut être modifiée sans arrêter l'unité d'entraînement (un réglage mécanisé de la longueur de la courroie est fortement nécessaire pour maintenir la tension de la courroie). Une telle disposition de changement de vitesse n'est pas disponible dans la transmission par courroie trapézoïdale car elle nécessite une poulie spécialisée avec rainure en V.

Aspect économique : La constriction de la courroie plate et de la poulie correspondante est simple. La longueur du plat peut également être ajustée plusieurs fois car il est joint par des écrous et des boulons. La longévité et la construction facile rendent cette unité d'entraînement moins chère. La courroie trapézoïdale et la poulie correspondante sont plus coûteuses. Sa longueur ne peut pas être ajustée et sa durée de vie est donc plus courte.

Une comparaison scientifique entre la transmission par courroie plate et la transmission par courroie trapézoïdale 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. A Textbook of Machine Design par R. S. Khurmi et J. K. Gupta (S. Chand ; 2014).