Sélection du bon système d'entraînement

Lors de la conversion d'un entraînement ou de la conception d'un nouveau système de transmission de puissance, les responsables de la maintenance et les ingénieurs de conception ont trois grandes options :les entraînements par chaîne à rouleaux, les entraînements par courroie trapézoïdale et les entraînements par courroie synchrone.

Chacun a ses propres avantages et inconvénients, ainsi que des considérations de coût qui peuvent ne pas être immédiatement apparentes.

ENTRAÎNEMENTS À CHAÎNE À ROULEAU

La popularité des entraînements par chaîne provient de leur capacité à transmettre des niveaux de couple élevés dans un petit boîtier, à un coût relativement faible, tout en utilisant des composants de série facilement disponibles. Alors que les coûts initiaux des entraînements par chaîne à rouleaux standard peuvent être assez bas, le coût de leur maintenance peut être substantiel. Un entretien approprié est essentiel pour des performances optimales de l'entraînement par chaîne à rouleaux et inclut les facteurs de coûts suivants :

• Lubrification
• Alignement
• Tension
• Remplacement des composants du variateur

Selon les estimations de l'industrie de la chaîne, les entraînements à chaînes à rouleaux fonctionnant sans lubrification s'usent environ 300 fois plus rapidement que les entraînements comparables qui sont correctement lubrifiés. Et pourtant, les fabricants de chaînes à rouleaux estiment que 90 à 95 % de tous les entraînements installés sont soit mal lubrifiés, soit pas du tout lubrifiés. Déterminer le type de méthode de lubrification nécessaire est une considération de conception majeure avec des implications de coût en soi. Un carter de chaîne retenant l'huile, par exemple, peut représenter jusqu'à 75 % du coût total du système d'entraînement par chaîne. En plus de la lubrification, un alignement correct des pignons et une tension de la chaîne sont essentiels pour augmenter la durée de vie de la chaîne à rouleaux.

Un autre facteur de maintenance ayant des implications financières est le remplacement des composants du variateur. Une faiblesse majeure d'un entraînement par chaîne à rouleaux est l'usure de la chaîne, qui entraîne un étirement ou un allongement. Les fabricants recommandent le remplacement de la chaîne à rouleaux lorsqu'un allongement d'environ 3 % se produit. La plupart des fabricants de chaînes à rouleaux recommandent également de remplacer les pignons avec chaque nouvelle chaîne à rouleaux car le contact métal sur métal génère une usure importante des pignons.

Les tableaux de puissance nominale publiés dans l'industrie des chaînes à rouleaux sont basés sur une durée de vie théorique de 15 000 heures, en supposant une conception, un alignement, une lubrification, une maintenance, etc. Les entraînements à chaînes à rouleaux non lubrifiés fonctionnant dans des conditions difficiles peuvent durer jusqu'à 100 heures.

Le coût des besoins d'entretien indiqués ci-dessus, ajouté au coût initial, se rapproche du coût réel d'un entraînement par chaîne à rouleaux standard. Cependant, au-delà du coût du remplacement du lubrifiant et des composants d'entraînement, il y a les dépenses de main-d'œuvre liées à une retension fréquente, qui nécessite l'arrêt de l'entraînement, ce qui entraîne des temps d'arrêt de la production. De plus, les entraînements à chaîne à rouleaux standard fonctionnent avec une efficacité de 91 à 94 %, selon l'application, de sorte que les coûts énergétiques doivent être pris en compte.

Indépendamment des coûts de maintenance et d'énergie, les entraînements par chaîne à rouleaux offrent aux concepteurs et aux utilisateurs certains avantages par rapport aux systèmes d'entraînement à courroie trapézoïdale ou à courroie synchrone :

1. Polyvalence (des accessoires fonctionnels peuvent être ajoutés pour transporter des produits, des interrupteurs de déclenchement, des leviers d'actionnement, etc.)

2. La possibilité de créer n'importe quelle longueur de chaîne avec des maillons de connexion

3. La disponibilité d'un large choix de chaînes et pignons

CONDUCTEURS À COURROIE V

Les entraînements par courroie trapézoïdale transmettent la puissance par friction entre la courroie et la poulie. Avec des rendements allant de 95 à 98 % à l'installation, ces entraînements utilisent l'énergie plus efficacement que les entraînements par chaîne à rouleaux, et un peu moins efficacement que les entraînements par courroie synchrones. Les entraînements par courroie trapézoïdale sont une norme de l'industrie, offrant une large gamme de tailles à un coût relativement faible, ainsi qu'une facilité d'installation et un fonctionnement silencieux.

Les pièces de rechange de la courroie trapézoïdale peuvent être inférieures
coûteux que la chaîne à rouleaux ou l'entraînement synchrone
composants, mais retendre régulièrement
Les courroies trapézoïdales peuvent augmenter les dépenses d'entretien.

Les courroies trapézoïdales sont fabriquées dans une variété de matériaux, de sections transversales et de matériaux de renforcement, et sont souvent utilisées seules, dans des ensembles appariés ou dans des configurations jointes. Ils sont bien adaptés aux applications sévères, telles que celles impliquant des charges de choc et des charges de démarrage élevées. Les entraînements à courroie trapézoïdale standard fonctionnent mieux dans des applications de 500 tr/min ou plus, des rapports de vitesse allant jusqu'à 6:1 et dans une plage de températures de fonctionnement de moins-40 à 130 degrés Fahrenheit. Parce que les courroies trapézoïdales glissent lorsqu'elles sont surchargées, elles aident à protéger les équipements plus coûteux contre les surtensions. Ils permettent également une flexibilité dans le positionnement du moteur et de la charge.

Dans une application appropriée, la durée de vie d'un entraînement par courroie trapézoïdale correctement installé et entretenu varie de 20 000 à 25 000 heures. Les composants d'un simple entraînement par courroie trapézoïdale sont relativement peu coûteux à acheter, à installer, à remplacer et à entretenir. Une fois installés correctement et tendus aux valeurs recommandées par le fabricant de la courroie, ces entraînements nécessitent très peu d'entretien, à l'exception d'une retension pendant le programme d'entretien normal. En raison du glissement de la courroie, ils perdent jusqu'à 5 pour cent de leur efficacité après l'installation. Les courroies trapézoïdales s'étirent au fur et à mesure qu'elles s'usent, ce qui aggrave le glissement, ce qui peut réduire l'efficacité jusqu'à 10 pour cent à moins qu'elles ne soient corrigées par une retension périodique. Les courroies trapézoïdales crantées ou crantées peuvent augmenter l'efficacité de 2 % par rapport aux conceptions standard.

ENTRAINEMENTS PAR COURROIE SYNCHRONES

Les courroies synchrones fonctionnent selon le principe de la prise de dent. Les dents de courroie rondes, carrées ou curvilignes modifiées s'engrènent avec des rainures sur les pignons pour fournir une transmission de puissance positive sur les applications à couple élevé avec des vitesses élevées et basses.

Si la taille du lecteur est un problème, de nombreux
les systèmes d'entraînement par courroie ont maintenant un équivalent
capacité d'entraînement par chaîne à rouleaux de la même largeur.

Les composants d'un système d'entraînement par courroie synchrone coûtent généralement plus cher au départ que ceux d'une chaîne à rouleaux standard comparable ou d'un entraînement par courroie trapézoïdale. En revanche, les entraînements par courroie synchrones n'ont pas les coûts de maintenance associés aux entraînements par chaîne à rouleaux. Ils ne nécessitent aucune lubrification et aucun système de lubrification, seulement une protection de sécurité de base. Alors que la chaîne à rouleaux nécessite une retension fréquente et que les courroies trapézoïdales nécessitent une retension périodique, une courroie synchrone ne nécessite généralement aucune retension pendant la durée de vie de la courroie.

Pour illustrer la quantité d'allongement qui peut se produire dans une chaîne à rouleaux, les tolérances d'entraxe recommandées pour les entraînements par courroie peuvent être comparées à l'entraxe nécessaire pour une chaîne à rouleaux de la même longueur. En supposant une longueur de 100 pouces, une chaîne à rouleaux, une courroie trapézoïdale et une courroie synchrone peuvent être comparées comme suit :

Chaîne à rouleaux : Une chaîne à rouleaux s'allongera d'environ 3 pouces (ou 3 pour cent) au cours de sa durée de vie, nécessitant environ 1,5 pouces d'entraxe.

Ceinture trapézoïdale : Une courroie trapézoïdale nécessite 1,5 à 2,5 pouces d'entraxe pendant sa durée de vie, selon la section transversale et le fabricant de la courroie.

Ceinture synchrone : Une courroie synchrone ne nécessite généralement que 0,04 pouce d'entraxe sur sa durée de vie, selon le type de courroie et le fabricant.

L'usure de la chaîne et des pignons est un facteur de coût important dans un entraînement par chaîne à rouleaux. Les courroies et les pignons synchrones subissent considérablement moins d'usure. Dans un système d'entraînement synchrone, par exemple, la courroie dure plus longtemps qu'une chaîne à rouleaux comparable de l'ordre de 3 à 1, et les pignons durent plus longtemps que les pignons de la chaîne à rouleaux 10 à 1.

Figure 1. Distance centrale requise en raison de l'allongement de la durée de vie (en pouces).

Comme les entraînements par chaîne à rouleaux, les entraînements par courroie synchrone sont sensibles au désalignement et ne doivent pas être utilisés sur des systèmes où cela est inhérent au fonctionnement de l'entraînement. Un désalignement entraîne une usure irrégulière de la courroie et une rupture prématurée de la traction en raison d'une charge inégale de l'élément de traction. Et bien qu'une courroie synchrone résiste à l'abrasion, à la corrosion et aux solutions de lavage caustique utilisées dans l'industrie de la manipulation/de la transformation des aliments, elle peut ne pas convenir à certains environnements hautement corrosifs où une chaîne résistante à la corrosion peut être un meilleur choix.

Une idée fausse au sujet des courroies synchrones est qu'elles ne conviennent pas aux entraînements en serpentin. Les ingénieurs de conception peuvent penser que la chaîne à rouleaux est la seule option lorsqu'une charge doit être entraînée des deux côtés; cependant, les courroies en caoutchouc synchrones à double face offrent bon nombre des mêmes avantages économiques par rapport aux chaînes à rouleaux que leurs cousines à simple face.

En raison de leur rendement élevé (jusqu'à 99 % en continu pour certains systèmes d'entraînement), les entraînements par courroie synchrones peuvent également réduire les coûts énergétiques par rapport aux entraînements à chaîne à rouleaux ou à courroie trapézoïdale.

CONCLUSION

Considéré sur la base du coût de possession, un système d'entraînement par courroie synchrone peut être plus rentable qu'un entraînement par chaîne à rouleaux ou un système d'entraînement par courroie trapézoïdale comparable. Alors qu'un système d'entraînement synchrone peut initialement coûter en moyenne 30 % de plus qu'un entraînement à chaîne à rouleaux standard comparable, il présente de nombreux avantages en termes de réduction des coûts pour les responsables de la maintenance et les ingénieurs de conception.

Sur le marché MRO, les entraînements synchrones peuvent réduire considérablement les coûts d'exploitation quotidiens et augmenter la production par rapport aux temps d'arrêt et à la perte de productivité résultant de la maintenance et du remplacement fréquents des entraînements à chaîne à rouleaux et à courroie trapézoïdale. Les ingénieurs concepteurs de systèmes d'entraînement qui choisissent un entraînement synchrone peuvent donner à leurs produits un avantage concurrentiel en fournissant des produits plus performants, plus durables, plus propres, plus silencieux et sans entretien qui fonctionnent à un coût global inférieur.

Cet article a été rédigé par le service d'application des produits de transmission de puissance de Gates Corporation. Pour en savoir plus sur ce sujet, visitez www.gates.com.