Choisir le bon système d'entraînement – ​​Coût et performances

Lors de la conversion d'un variateur ou de la conception d'un nouveau système de transmission de puissance, les ingénieurs de maintenance et de conception de l'usine ont essentiellement trois options :

• Entraînements par chaîne à rouleaux
• Entraînements à courroie trapézoïdale
• Entraînements par courroie synchrones

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

Entraînements à chaîne à rouleaux

Système d'entraînement Gates

La popularité des entraînements par chaîne découle de la capacité de ces entraînements à transmettre des niveaux de couple élevés dans un petit boîtier, à un coût relativement faible, tout en utilisant des composants de stock facilement disponibles. Alors que les coûts initiaux des entraînements à chaîne à rouleaux standard peuvent être assez bas, le coût de maintenance de ces entraînements 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 d'entraînement

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 ses propres implications en termes de coûts. Un carter de chaîne de retenue d'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. L'une des principales faiblesses d'un entraînement par chaîne à rouleaux est l'usure de la chaîne entraînant un étirement ou un allongement. Les fabricants recommandent le remplacement de la chaîne à rouleaux lorsqu'un allongement d'environ 3 % s'est 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 cahins 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 avoir une durée de vie aussi courte que 100 heures ou moins.

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. le lecteur, ce qui entraîne des temps d'arrêt de la production. De plus, les entraînements à chaîne à rouleaux standard fonctionnent à un rendement de 91 % à 94 %, selon l'application, les coûts énergétiques doivent donc être pris en compte.

Indépendamment des coûts d'entretien 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 déclencheurs, des leviers d'actionnement, etc.)

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

3. Disponibilité d'un grand choix de chaînes et de pignons

Entraînements à courroie trapézoïdale

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, les entraînements à courroie trapézoïdale utilisent l'énergie plus efficacement que les entraînements à chaîne à rouleaux, et un peu moins efficacement que les entraînements à 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 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 exigeantes, 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 limitée de -40 Fahrenheit à 130 Fahrenheit. Parce que les courroies trapézoïdales s'affaissent lorsqu'elles sont surchargées, elles aident à protéger les équipements plus coûteux contre les surtensions de charge. Ils permettent également une flexibilité dans le positionnement du moteur et de la charge.

Dans une application appropriée, la durée de vie d'une courroie trapézoïdale correctement installée et entretenue 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, les entraînements par courroie trapézoïdale perdent jusqu'à 5 % 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 et à moins d'une retension périodique. Les courroies trapézoïdales crantées ou crantées peuvent augmenter l'efficacité de 2 % par rapport aux conceptions standard.

Entraînements 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 à couple élevé avec des vitesses élevées et basses.

Les composants d'un système d'entraînement par courroie synchrone coûtent généralement plus cher au départ que ceux d'un entraînement par chaîne à rouleaux standard comparable ou d'un entraînement par courroie trapézoïdale. En revanche, les entraînements par courroie synchrones n'ont pas le coût de maintenance associé aux entraînements par chaîne à rouleaux. Ils ne nécessitent aucune lubrification et donc 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 – La chaîne à rouleaux s'allongera d'environ 3  (ou 3 %) au cours de sa durée de vie, nécessitant environ 1,5 ″ d'entraxe.

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

Ceinture synchrone – Une courroie synchrone ne nécessite généralement que 0,04  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 Gates Poly Chain GT2, par exemple, la courroie durera plus longtemps qu'une chaîne à rouleaux comparable de l'ordre de 3 à 1, et les pignons dureront plus longtemps que les pignons de chaîne à rouleaux 10 à 1.

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 telle que Poly Chain GT2 soit résistante à l'abrasion, à la corrosion et aux solutions de lavage caustiques utilisées dans l'industrie de la manipulation et de la transformation des aliments, elle peut ne pas convenir à certains environnements hautement corrosifs où la chaîne de résistance à la corrosion peut être une meilleure alternative .

Une idée fausse sur les courroies synchrones est qu'elles ne conviennent pas aux entraînements serpentins. 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 comme Gates PowerGrip GT2 Twin Power offrent bon nombre des mêmes avantages en termes d'économies par rapport aux chaînes à rouleaux que leurs cousines à simple face. En raison de leur rendement élevé (jusqu'à 99 % en continu dans un système d'entraînement Poly Chain GT2), les entraînements par courroie synchrones peuvent également réduire les coûts énergétiques par rapport aux entraînements par chaîne à rouleaux, qui fonctionnent généralement avec un rendement de 91 à 94 %, ou Les entraînements par courroie trapézoïdale, qui, lorsqu'ils sont correctement tendus, fonctionnent à un rendement de 93 à 95 %.

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. Un entraînement par courroie Gates Poly Chain GT2 (incorporant la courroie synchrone la plus avancée techniquement disponible, composée d'un corps en polyuréthane et d'un renfort en fibre d'aramide), par exemple, coûte initialement en moyenne 30 % de plus qu'un entraînement par chaîne à rouleaux standard comparable. Cependant, il présente de nombreux avantages en termes d'économies pour les responsables de la maintenance des plans 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 trop fréquents des entraînements à chaîne à rouleaux et à courroie trapézoïdale. Les ingénieurs concepteurs de systèmes d'entraînement qui choisissent un entraînement synchrone, tel que le système de courroie Gates Poly Chain GT2, peuvent donner à leurs produits un avantage concurrentiel sur le marché en offrant aux utilisateurs finaux des produits plus performants, plus durables, plus propres, plus silencieux et sans entretien des produits qui fonctionneront à un coût global nettement inférieur.

Chez J/E, nous sommes un distributeur autorisé de Gates. Nous proposons des produits tels que des courroies, des tuyaux et des pignons. Pour toute question sur l'un de nos produits, rendez-vous sur notre page de contact ou écrivez-nous à [email protected]