Guide complet des types d'accouplements : définitions, applications, construction

Cet article couvre l'accouplement (coupling), types d'accouplements, accouplement d'arbre, fonctionnement et construction avec images.

Qu'est-ce qu'un accouplement ?

Dispositif reliant deux arbres par leurs extrémités pour transmettre la puissance. Fonction primaire : connecter deux machines tournantes en autorisant degré désalignement, jeu axial, ou les deux.

Qu'est-ce qu'un accouplement d'arbre (shaft coupling) ?

Composant mécanique reliant deux arbres pour transmettre puissance côté moteur → côté mené en absorbant erreurs montage (désalignement...).

Relie deux arbres tournants (moteur/mené) pour transmission puissance. Présent : moteurs, pompes, générateurs, compresseurs...

Connecte moteur électrique et système hydraulique pompe. Accouplements sans glissement pompes centrifuges : rigides ou flexibles.

Fonctions de l'accouplement

1. Transmission puissance

Moteur (côté menant) → mené (côté mené). But principal : connecter arbre moteur à arbre mené. Arbre monobloc sans accouplement = coûts/précision/transport/montage difficiles. Rupture côté → remplacement intégral.

2. Absorption désalignement

Erreurs montage axes côté menant/mené absorbées. Alignement précis arbres long. Désalignement → force parasite rotation → vibrations/bruit. Erreurs usinage inévitables → accouplement absorbe.

Rôle : transmettre puissance dynamiquement/précisément malgré désalignement (excentricité/angle/inclinaison, déplacement axial).

3. Absorption vibrations/chocs → protection périphériques

Absorbe vibrations côté menant, protège environnants. Ex: vibrations moteur → vis à billes → dérive position, performance impossible. Choc extérieur sans accouplement → transmis direct moteur → dommages. Solution : accouplement absorbe vibrations (précision côté mené) et chocs (protection moteurs/composants coûteux).

4. Isolation thermique

Empêche transfert chaleur moteur (côté menant) vers côté mené. Moteur chauffe → transmission chaleur → dilatation vis à billes/composants → longueur change → précision positionnement perdue. Accouplement = barrière thermique.

Fonctionnement accouplement d'arbre

Schéma : accouplement relie deux arbres, diamètres différents possible.

Moteur = côté menant, hélice = côté mené.

Accouplement bloque transfert chaleur moteur → côté mené.

Accouplement absorbe chocs/vibrations → protection composants environnants.

Types d'accouplements

1. Accouplement rigide (Rigid Coupling)

Pour arbres en alignement axial parfait. Utiliser uniquement si alignement parfait. Maintenus alignés. Si désalignés → couple transmis arbres/paliers → défaillance prématurée.

Deux types principaux : A. Manchon (Muff/Sleeve) et B. Bride (Flange).

2. Accouplement à manchon (Muff/Sleeve Coupling)

Type rigide le plus simple : cylindre creux alésage = diamètre arbre. Emmanché sur bouts arbres par clavette tête gib. Transmission par clavette + manchon.

Fonte. Cylindre creux alésage = arbre. Emmanché par clavette noyée. Puissance : clavette + manchon.

Simplement : manchon/boîte en fonte, alésé pour arbres bout-à-bout à l'intérieur. Fixé par clavette traversant toute longueur. Parfois deux clavettes.

3. Accouplement manchon fendu / compression (Split Muff / Compression Coupling)

Manchon en deux moitiés = accouplement compression/serrage. Moitiés fonte. Assemblage par bas/haut. Goujons/boulons acier doux + écrous maintiennent moitiés. 4 à 8 boulons (multiple de 4). Boulons dans évidements moitiés.

Avantages : position arbres inchangée montage/démontage. Service lourd/vitesses modérées. Économique. Construction compacte, dimensions radiales réduites. Pas pièces saillantes sauf tête clavette.

4. Accouplement à brides (Flange Coupling)

Connecteur reliant deux embrayages tournants par brides. Brides aux bouts arbres. Boulons/écrous serrent brides. Une bride par bout arbre fixée.

Type : Accouplement d'arbre à deux brides séparées montées bouts arbres, boulonnées ensemble.

Pièces : Deux moyeux (sur arbres) usinés avec bride multiboulons. Accouplées → UN SEUL BLOC MASSIF !

Construction : Deux brides fonte bouts arbres. Boulonnées ensemble. Raccordement étanche deux tubes. Une bride : partie saillante ; autre : évidement correspondant. Assemblage → alignement correct sans résistance fluide. Aligne arbres même ligne. Écrous/boulons connectent brides. Systèmes pressurisation courante. Charges lourdes → gros arbres.

Variantes bride :

1. Type non protégé
2. Type protégé
3. Type marine

5. Accouplement flexible (Flexible Coupling)

Protège machines menante/menée effets néfastes : désalignement arbres, vibrations, chocs soudains, jeu axial, dilatation arbre. Type le plus utilisé : accouplement à goujons/couronnes (crown-pin) (figure).

Une/les deux moitiés : goujons engageant trous autre moitié. Goujons : surfaces d'entraînement souples renouvelables (rondelles cuir ou simili). Autorise jeu axial + amorti choc démarrage / léger désalignement. Avantages : déconnexion rapide par retrait goujons entraînement.

Autres flexibles : courroie (puissance moyenne, basse vitesse) ; engrenage interne (entraînements lourds : laminoirs, cimenteries) ; Bibby (universel machines/arbres jusqu'aux plus grosses puissances).

6. Accouplement à goujons et bagues (Bushed Pin Type Coupling)

Accouplement flexible goujon-bague : transmission puissance reliant deux arbres bouts. Variante accouplement bride : écrous/boulons remplacés par bagues caoutchouc + goujons + écrous.

Bague caoutchouc → flexibilité bride.

Deux brides : une calée entrée, autre sortie. 4 à 6 bagues/goujons selon diamètre. Écrou serre goujon sur bride. Surface intérieure bague gainée laiton → anti-usure caoutchouc.

Clavette fixe moyeu bride sur arbre.

Jeu ~5 mm entre brides. Pas liaison rigide → transmission par bagues caoutchouc. Flexibilité accrue.

Avantages

• Construction simple
• Absorbe chocs/vibrations transmission
• Gère désalignement 0,5 mm latéral + 1,5° angulaire

Inconvénients

• Coût élevé (plus composants)
• Encombrement radial supérieur autres accouplements

7. Accouplement universel / cardan (Universal Coupling / Hooke's Joint)

Arbres se coupant à petit angle. Théoriquement angle constant, en pratique varie transmission mouvement.

Polyvalent pour arbres angulaires (jusqu'à 90°).

Figure = joint cardan. Largement transmission puissance. Automobile : boîte → différentiel. Deux joints cardan : un bout arbre hélice boîte, un différentiel opposé. Aussi : transmission puissance broches multiples foreuses/fraiseuses.

Transmission puissance/couple efficace entre arbres désalignés à tout angle → « universel ».

8. Accouplement Oldham

Conçu arbres désalignement latéral. Inventé John Oldham Irlande 1821. Remplace accouplements à mâchoires (jaw). Inversion mécanisme double curseur.

3 pièces : 2 brides + disque central. Clavettes lient brides aux arbres. Brides : gorges intérieures. Disque central : plots s'engageant gorges → disque sandwich entre brides, libre coulissement gorges.

Brides : inox ou alliage Al. Disque central : polymère/plastique → moins frottement glissement + flexibilité.

Avantages

• Compact
• Montage aisé
• Surcharge : disque central casse premier → protège composants critiques
• Disque remplaçable facile/peu coûteux
• Absorbe chocs/vibrations
• Tolère désalignement arbres
• Isolation électrique (disque plastique)
• Économique

Inconvénients

• Pas désalignement angulaire
• Pas couple élevé
• Usure disque par glissement → remplacement périodique

Applications

• Moteurs pas-à-pas (stepper)
• Robotique
• Servomoteurs
• Imprimantes/photocopieurs

9. Accouplement à engrenages (Gear Coupling)

Dispositif reliant deux arbres bouts → transmission puissance. Normalement ne se déconnecte pas en service ; quelques accouplements limiteurs couple glissent/déconnectent si couple limite dépassé/problème.

Variante accouplement bride. Dents grosses → couple élevé transmissible. Bride et moyeu assemblés séparément (vs bride monobloc).

Engrenages accouplement : Chaque joint = paire engrenages interne/extérieur rapport 1:1. Désalignement : ~0,01–0,02" parallèle, ~2° angulaire.

Applications similaires joints cardan. Usages lourds couple élevé requis.

Fonction accouplement engrenages

Liaison mécanique deux arbres tournants. Maillage engrenages transmission puissance/couple. Dispositif mécanique transmettant couple entre arbres par engrenages.

Types accouplement engrenages

Deux variantes : manchon à brides (flanged sleeve) et manchon continu (continuous sleeve).

Utilisation

Machines industrielles grosses : pompes, soufflantes, compresseurs, mélangeurs... Systèmes motion control petits, manchon polymère anti-recul, mais autres accouplements zéro-recul mieux adaptés.

10. Accouplement à soufflet (Bellows Coupling)

Accouplement flexible à deux extrémités (moyeux) capsulant tube corrugé précision = corps accouplement. Rigidité torsionnelle exceptionnelle → transmission précise vitesse, position angulaire, couple.

Usage

Connecteurs arbre flexibles mono-pièce reliant arbres menant/mené transmission mécanique. Contre désalignement inévitable arbres connectés, parfois absorption chocs.

Moyeux soudés soufflets. Parois minces, flexibilité légère (angulaire/axial/parallèle). Rigidité torsionnelle maxi accouplements servomoteurs. Inox typique. Positionnement haute précision.

11. Accouplement à mâchoires (Jaw Coupling)

Transmission puissance + motion control. Transmet couple en amortissant vibrations système + accommodant désalignement → protection composants.

Usage

Accouplements mâchoires/araignée (Jaw & Spider). Courants industrie. Transmettent couple/rotation deux arbres, acceptent désalignement, amortissent chocs/vibrations → protection.

Fonctionnement

Élément (araignée) comprimé entre mâchoires moyeux accouplés. Mâchoires menant poussent vers mâchoires mené (même plan). Jambes élastomère araignée comprimées → transmettent/amortissent force.

Transmission puissance usage général + motion control. Deux moyeux métalliques + insert élastomère (élément/araignée).

Avantages

1. Gère désalignement angulaire + charges réactives désalignement.
2. Bon rapport couple/diamètre extérieur.
3. Excellente résistance chimique + amortissement.

12. Accouplement à diaphragme (Diaphragme Coupling)

Accouplement non lubrifié turbomachines haute performance : transmission couple + désalignement arbres équipement.

Transmet couple diamètre extérieur → intérieur → extérieur. Membranes flexibles : une ou série plaques. Désalignement : angulaire, axial, parallèle. Couple/vitesse élevés.

1+ membranes métalliques fixées diamètre extérieur bride menant → transfert couple radial diaphragme → fixation diamètre intérieur. Accouplement disque = autre membrane métallique.

Fonctionnement

Membranes flexibles : 1 ou plusieurs plaques/diaphragmes. Transmet couple diamètre ext → int plaque flexible, traverse entretoise/entrefer, puis int → ext.

13. Accouplement hydraulique (Fluid Coupling)

Dispositif hydrodynamique / hydrocinétique transmettant puissance mécanique rotative. Alternative embrayage mécanique transmissions auto.

Fonctions

Transfert puissance rotative arbre → arbre par fluide transmission. Auto, propulsion marine, transmission puissance industrie.

Principe fonctionnement

Transmission puissance arbre → arbre par accélération/décélération fluide hydraulique. Principe hydrocinétique → vitesse sortie < vitesse entrée.

Roue à aubes (impeller) arbre menant (entrée) + turbine (runner) arbre mené (sortie). Impeller = pompe ; runner = turbine.

Composante tangentielle vitesse absolue faible près axe impeller. Près périphérie impeller : composante tangentielle forte → vitesse fluide augmente avec accélération impeller. Vitesse ↑ → énergie cinétique ↑. Fluide sort impeller haute vitesse, frappe aubes runner, transfère énergie, sort runner basse vitesse.

Pourquoi utiliser un accouplement d'arbre ?

Raisons courantes :

1. Relier arbres unités séparées (moteur/générateur).
2. Désalignement arbres.
3. Flexibilité mécanique.
4. Absorption chocs transmis arbre→arbre.
5. Protection surcharge.

Applications par type

1. Manchon/Muff : lignes d'arbre transmission puissance.
2. Serrage/Manchon fendu/Compression : lignes arbre transmission puissance.
3. Bride : précision alignement (ex: marine).
4. Goujon-bague flexible : petits désalignements parallèle/angulaire/axial.
5. Universel : transmission mouvement rotatif/puissance (ex: aviation, arbres transmission).
6. Oldham : désalignement parallèle (ex: imprimerie).

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