Belt French Inset 03 - Belt Technologies, Inc.
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Guide de Référence pour les Courroies Métalliques Belt Technologies aide ses clients à optimiser les performances des machines en agissant sur la précision du positionnement, le réglage de temps, l’emballage, le transport, la transmission, et les opérations de fabrication automatisée. Depuis plus de 25 ans, nous fournissons les spécifications nécessaires à la conception et la fabrication des courroies métalliques, des rubans métalliques et des poulies. Les courroies métalliques possèdent des propriétés uniques qui les rendent plus précises, plus contrôlables, plus résistantes, et moins chères. Dans de nombreux cas, leur utilisation est préférable à d’autres types de courroies (comme les courroies en caoutchouc ou en fibre de verre) ou à d’autres de types d’appareils de transmission (chaîne, actionner linéaire, vis mère). De plus, leur utilisation est souvent la seule solution possible. Pour une meilleure garantie de fonctionnement des courroies métalliques, Belt Technologies offre un service complet au sein même de l’entreprise: • Aide à la conception • Consultation métallurgique. • Fabrication à l’aide d’un faisceau haute énergie • Fabrication et conception d’outils. Nos locaux sont équipés pour produire des prototypes de courroies métalliques, de rubans d’entraînement et de poulies qui s’y rapportent - ainsi que des gros volumes de production. Ce document est fourni à titre d'information et de référence. Il ne constitue qu'une approche et ne doit en aucun cas être utilisé pour la conception proprement dite. Belt Technologies décline toute responsabilité pour toute conception réalisée à partir de ce guide. Vous êtes invités à nous contacter pour de plus amples informations ou conseils concernant toutes applications. © 2005 BELT TECHNOLOGIES, INC SOMMAIRE INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . .3 POURQUOI UTILISER LES COURROIES MÉTALLIQUES? . . . . .4 COURROIES MÉTALLIQUES, RUBANS D’ENTRAÎNEMENT & APPLICATIONS . . . . . . . . . . .5 - 7 POULIES . . . . . . . . . . . . . . . . .8 - 9 Conception Matériaux Tolérances Types de poulies TRAITEMENTS DE SURFACE 10 - 11 Teflon Uréthane - Néoprène Silicone Revêtement anodisé Options CONCEPTION . . . . . . . . . . .12 - 23 Spécifications Chargement Précision de la courroie Répétitivité et précision Centrage de la courroie Réglage de temps/indexation Tension de la courroie Hautes températures Perméabilité magnétique Glissement de la courroie Rigidité du système Flexion inversée Arbre à cantilever Tirer, et non pousser Affaissement de la courroie Restrictions Durée de vie de la courroie ANNEXE MATÉRIAUX . . . . . . . . .22 2 INTRODUCTION BELT TECHNOLOGIES a créé ce guide afin d'offrir aux techniciens un ouvrage de référence présentant les caractéristiques fondamentales des courroies métalliques et de leurs applications. Ce guide recouvre les sujets suivants: • Pourquoi utiliser des courroies métalliques dans vos applications? • courroies métalliques, rubans d’entraînement et applications? • Les poulies • Traitements de surface • Conception • Durée de vie de la courroie Nous espérons que les informations fournies vous apporteront une vue plus précise des nombreux avantages des courroies métalliques ainsi que les éléments nécessaires à une utilisation optimale en toute confiance. Belt Technologies conçoit ses produits selon les spécifications uniques de chaque client. Il est donc nécessaire de se rappeler que ce guide ne peut en aucun cas contenir toutes les applications possibles. Certaines applications correspondant précisément à vos exigences n'y sont peut-être pas décrites. Nous vous invitons à contacter Belt Technologies afin de développer vos idées avec notre équipe technique. Le succès de notre société est dû en grande partie à notre capacité à améliorer les produits et à développer de nouvelles techniques toujours plus élaborées. 3 CHAPITRE 1 POURQUOI UTILISER LES COURROIES MÉTALLIQUES DANS VOS APPLICATIONS? Les courroies métalliques fournissent aux ingénieurs des options qu’ils ne trouvent pas avec d’autres produits ou matériaux. On développe dans ce chapitre les points spécifiques et les avantages des courroies métalliques. • RAPPORT RÉSISTANCE/POIDS TRÈS ÉLEVÉ: Ceci constitue un avantage dans toutes les applications où la résistance et/ou le poids léger sont importants. • DURABILITÉ: Les courroies métalliques peuvent résister à une exposition prolongée à des températures extrêmes, un environnement hostile ou un espace sous vide. L’utilisation de différents alliages ayant des spécificités uniques leur permet de résister aux produits chimiques, à l’humidité et à la corrosion. Les ingénieurs choisissent généralement les matériaux en fonction de leurs propriétés physiques et de leur coût. • PAS DE LUBRIFICATION: Contrairement aux maillons d’une chaîne, la courroie en métal ne constitue qu’un seul et unique élément. Par conséquent, le graissage n’est pas nécessaire. Ceci réduit le coût de maintenance, garantit un bon fonctionnement et maintient le système dans un état de propreté impeccable. • INEXTENSIBLE: L’acier inoxydable, au grand coefficient d’élasticité, rend les courroies métalliques quasiment inextensibles, contrairement à d’autres types de courroies ou de chaînes. Leur utilisation est par conséquent idéale dans les applications qui demandent un positionnement de haute précision. • FONCTIONNEMENT HOMOGÈNE: Les courroies métalliques n’adoptent pas la pulsation d’une action de corde qu’on trouve souvent avec d’autre types de courroies et chaînes. Ceci confère un mouvement précis et contrôlé au sein à la machine. 4 • PRÉCISION ET RÉPÉTITIVITÉ: Les courroies métalliques avec réglage de temps peuvent être fabriquées avec une précision d’écartement de +/- 0.013mm. Ce degré de précision très élevé est extrêmement important dans la conception d’équipements pour l’indexage et le positionnement. • BONNE CONDUCTIVITÉ THERMIQUE ET ÉLECTRIQUE: Les courroies métalliques peuvent transmettre de l’énergie calorifique (chaleur et froid) et de l’électricité. • NON STATIQUE: Les courroies métalliques déchargent l’électricité statique. Ceci constitue un avantage crucial dans la fabrication de composants électroniques tels que les circuits intégrés. • PROPRE: Contrairement aux courroies HTD ou néoprène, les courroies métalliques ne génèrent pas de particules et sont donc idéales pour la fabrication de produits alimentaires et pharmaceutiques. • COMPATIBILITÉ SALLE BLANCHE: Les courroies métalliques n’ont pas besoin de lubrification et ne dégagent aucune poussière qui pourrait introduire des substances étrangères dans une salle blanche. • FABRICATION PRÉCISE: Toutes les dimensions d’une courroie métallique sont fabriquées à des tolérances très précises. Encore une fois, cette précision est très importante au niveau de l’indexage et du positionnement. CHAPITRE 2 COURROIES MÉTALLIQUES, RUBANS D’ENTRAÎNEMENT ET APPLICATIONS COURROIES PLATES: COURROIES PERFORÉES: Les courroies métalliques plates sont fabriquées en soudant les deux extrémités d’une bande métallique pour obtenir ainsi une courroie sans fin. Les techniques de soudure utilisées pour la première fois lors des programmes spatiaux permettent d’obtenir une grande solidité et un lissage parfait. Les applications classiques des courroies métalliques plates comprennent: Les courroies perforées sont des courroies métalliques plates munies de perforations précises qui sont produites soit mécaniquement, soit par des méthodes sans impact. Ces courroies sont utilisées pour des applications qui comprennent: • Le transport • Le réglage de temps • Le positionnement de chariot • Le transport sous vide • L’indexage • Le cachetage de la chaleur • Le coulage • La mise en image Figure 1. Courroies plates Figure 2. Courroies perforées 5 COURROIES MUNIES D’ATTACHES: Les courroies métalliques perforées peuvent être munies d’attaches de précision afin de disposer d’une précision de positionnement et d’une constance de performances inégalées. De plus, elles peuvent servir au transport de produits ou au contrôle des différentes étapes du processus de fabrication. Les applications comprennent: • Le positionnement de précision dans un système automatisé • L’indexage Figure 3. Courroies munies d’attaches • Les systèmes d’emballage LES RUBANS D’ENTRAîNEMENT Les rubans d’entraînement en métal sont fabriqués à partir de la même bande métallique de haute qualité, mais il ne sont pas sans fin. Ils sont munis de perforations ou d’attaches situées à chaque extrémité. On peut les employer pour accomplir l’entraînement de zéro retour. Les applications comprennent: • Le positionnement d’un chariot • L’entraînement de tête de traceur • Les bras robotisés • Le positionnement d’une tête de lecture / écriture • Le guidage d’éléments optiques Figure 4. Rubans d’entraînement 6 COMBINAISONS COURROIES / BANDES Afin de répondre aux spécifications du système, il est souvent nécessaire de combiner l’usage de différentes courroies. Des attaches ou des poches peuvent être utilisées pour positionner des composants tandis qu’ils sont maintenus en place à l’aide d’un vide créé au travers de perforations. Les contours peuvent être dessinés pour prendre la forme des composants positionnés sur la courroie à l’aide d’attaches. Les applications comprennent: • L’emboîtement de pièces spécifiques • Le transport et le positionnement des composants • L’inspection électrique et dimensionnelle automatisée • L’emballage ultra-rapide • Le coupage Figure 5. Les combinaisons courroies 7 CHAPITRE 3 POULIES Toutes les courroies métalliques et rubans d’entraînement tournent autour de poulies. Belt Technologies conçoit et fabrique des poulies sur mesure pour un usage optimal des courroies métalliques. CONCEPTION: La majorité des poulies pour courroies ont l’une des trois formes suivantes: ronde, I beam, tube couvert. Chacune de ces poulies peut être munie de poches d’indexage, de rainures, de dents conventionnelles ou bien de billes d’indexage (type de poulie breveté par Belt Technologies.) Poulie ronde Grâce à son coût relativement bas, ce type de poulie est le plus fréquemment utilisé. Généralement, cette poulie est utilisée dans des tailles allant jusqu’à 150mm de diamètre et 100mm de largeur. I Beam Quand le diamètre et la largeur augmentent, il est important de s’intéresser au problème de l’inertie de rotation. Ceci peut nécessiter l’usage d’une poulie munie d’un profil I beam. Ce profil est usiné dans la poulie elle-même par un procédé qui permet de réduire son poids tout en conservant sa structure. Tube couvert Ces poulies sont fabriquées en fermant les extrémités d’un tube métallique. Pour assurer la solidité du tube couvert il est nécessaire d’utiliser une épaisseur suffisante de matière. L’ensemble est ensuite usiné afin de répondre aux normes strictes de rondeur et de centrage. On peut alors réduire le poids sans compromettre la solidité. MATERIAUX: Afin de répondre spécifiquement aux nécessités de chaque application, les poulies peuvent être fabriquées à partir d’une large gamme de matériaux. Aluminium Figure 6. Les poulies d’indexage à poches et à billes On choisit souvent l’aluminium combiné à un revêtement anodisé. Il offre à la fois solidité, légèreté, résistance, et son coût est avantageux. Cependant, une exposition prolongée à des températures extrêmement élevées peut présenter un obstacle à l’utilisation de ce matériau, de même qu’un dégagement de gaz dans un environnement sous vide. Acier inoxydable Dans un environnement exposé à la corrosion, l’acier inoxydable représente un bon choix. Il offre une grande résistance à l’usure et une grande solidité. 8 Matériaux non métalliques TYPES DE POULIES Certains plastiques peuvent aussi offrir une résistance et une solidité excellentes. Dans certaines applications où de grandes quantités sont nécessaires, le plastique peut s’avérer moins coûteux que les poulies en métal. Malgré des variations de forme et de conception, toutes les poulies sont utilisées principalement pour: • La transmission par friction • L’indexage TOLÉRANCES Le tableau n°.1 présente les tolérances normales des dimensions primaires des poulies de transmission par friction et des poulies indexées. Ces tolérances s’appliquent aux trois types de poulies mentionnés. Poulies de transmission par friction En général les poulies bombées ne sont pas recommandées, mais elles restent une option envisageable. Si vous souhaitez de plus amples reseignements à ce sujet, vous pouvez consulter un de nos ingénieurs spécialisés dans la conception de courroies métalliques. Si une poulie bombée est retenue comme solution, on peut utiliser un rayon courbé ou trapézoidal. Tableau 1: Les tolérances des poulies jusqu’à 350mm de diamètre POULIES INDEXÉES POULIES DE TRANSMISSION PAR FRICTION Diamètre ± 0.025mm ± 0.051mm Largeur ± 0.127mm ± 0.127mm +0 .025mm/–0.000mm +0 .050mm/–0.0000mm 0.025mm 0.025mm 25 arc seconds N/A Diamètre de l’âme Concentrique Emplacement d’indexation Le rayon courbé engendre moins de pression sur la courroie, mais son usinage est plus difficile et par conséquent plus coûteux. Le renflement trapézoidal est plus avantageux au niveau du coût et fonctionne correctement, mais son utilisation doit être évitée dans des applications où de grandes charges sont utilisées. Dans la plupart des cas, on recommande l’utilisation des poulies plates pour la transmission par friction. Indexage Avec les poulies indexées, le positionnement est obtenu par des dents ou des poches situées sur la surface externe de la poulie. Les dents s’engagent dans des perforations de la courroie, et les poches dans des oreilles situées sur la face interne de la courroie. Rappelons que même avec ce type de poulie, l’entraînement est réalisé grâce à des forces de friction générées entre la courroie plate et les surfaces de la poulie. Les dents et les poches d’indexage doivent être d’une grande dureté afin de garantir une usure minimale après les engagements successifs de la courroie dans la poulie. Pour la poulie brevetée par Belt Technologies les dents sont des roulements à billes trempés. Lors de la conception d’un système d’indexage à deux poulies, généralement seule la poulie d’entraînement doit être réglée. Note : Les poulies de transmission par friction et les poulies indexées peuvent être conçues avec un corps étroit. Par conséquent, ces poulies sont moins larges que les courroies qui les parcourent. Elles rendent l’alignement plus facile et réduisent le poids de la poulie ainsi que son coût. En principe la surface de la poulie doit représenter au moins 50% de la largeur de la courroie. 9 CHAPITRE 4 TRAITEMENTS DE SURFACE Les traitements de surface permettent d’altérer les propriétés naturelles des courroies métalliques, des rubans d’entraînement ou des poulies. Ils peuvent être appliqués soit sur une face, soit sur les deux faces de la courroie ou de la poulie. Selon la méthode de revêtement utilisée, il est possible que l’épaisseur du revêtement ne fasse pas plus de 0.025mm. Le revêtement peut être uniforme ou poinçonné ou découpé afin d’être muni de poches pour un meilleur emboîtement et une meilleure fixation des composants ou pièces durant le transport. TEFLON: Le Teflon est un revêtement anti-adhésif couramment utilisé dans la fabrication des ustensiles de cuisine. Le Teflon est disponible sous différentes formulations ayant chacune des caractéristiques en ce qui concerne le dégagement, le pouvoir lubrifiant, la résistance à l’abrasion, la température et la couleur. Le tableau n°.2 présente les caractéristiques physiques et mécaniques des traitements de surfaces les plus utilisés. Tableau 2: Traitement de Surface 10 REVÊTEMENTS CARACTÉRISTIQUES TEMPÉRATURES PRINCIPALES EPAISSEUR NORMALE COULEUR TEFLON® TFE Anti-adhésif jusqu’à 315° C 0.025mm Variable TEFLON® FEP Résistance à la corrosion Basse température jusqu’à 220° C et -200° C 0.025mm à 0.076mm Vert TEFLON® SILVERSTONE Contact avec les aliments approuvé jusqu’à 315° C 0.025mm à 0.15mm Gris TEFLON®-S 550 Teflon dur pour la jusqu’à 230° C résistance à l’abrasion 0.025mm à 0.038mm Noir CAOUTCHOUC Dégagement excellent jusqu’à 200° C SILICONE Bonne friction 0.10mm Variable POLYURÉTHANE Bonne friction Moulable jusqu’à 70° C 0.203mm 3.175mm Variable CAOUTCHOUC Compressibilité NÉOPRÈNE Poches matricées jusqu’à 70° C 0.40mm 6.4mm Noir URÉTHANE ET NÉOPRÈNE: REVÊTEMENT ANODISÉ: L’uréthane et le néoprène modifient le coefficient de friction des courroies métalliques et peuvent servir à l’emboîtement de pièces fragiles. Ces matériaux sont étroitement liés à la courroie métallique et peuvent être matrices lorsque la géométrie des poches s’avère importante. L’anodisation est un procédé électrochimique utilisé pour augmenter la dureté ainsi que la résistance à l’usure et à la corrosion des poulies en aluminium. Ce procédé forme une couche d’oxyde d’aluminium qui devient partie intégrante du métal en pénétrant et en se fixant à la surface de la poulie. L’épaisseur de ce revêtement est uniforme et reflète la précision de la poulie elle-même. Figure 7. Un revêtement en uréthane matricé SILICONE: Le silicone est souvent une bonne option. Il a des propriétés uniques: surface à haute friction, bon dégagement, grande souplesse et capacité à résister à des températures élevées. OPTIONS: Les possibilités qui existent pour les traitements de surface sont si nombreuses qu’il n’est pas possible de toutes les présenter dans ce guide. Parmi les revêtements et techniques moins utilisés, citons les composés en fluorocarbure, la poudre de diamant, le cuivrage et le dorure. Les spécifications appropriées sont fonction de l’application et de la technique utilisée. L’équipe d’ingénieurs de Belt Technologies répondra volontiers à vos questions. 11 CHAPITRE 5 CONCEPTION Grâce aux informations contenues dans les chapitres précédents, vous avez peut-être une idée plus précise du type de courroie que vous voulez utiliser. Les informations contenues dans ce chapitre vous permettront d’optimiser la performance du système. Chaque conception étant unique, il n’est pas possible de les décrire toutes. Vous êtes invités à reconsidérer vos résultats, vos idées et votre méthode de conception avec un des ingénieurs de Belt Technologies. SPÉCIFICATIONS: Quelques précautions sont à prendre pour le meilleur fonctionnement d’un système muni de courroies métalliques: • Utilisez un nombre de poulies aussi limité que possible. • Utilisez des poulies de grand diamètre. CHARGEMENT: Dans toute conception, Il est indispensable de considérer les charges agissant sur la courroie en marche. En dehors des conditions normales de fonctionnement, il est aussi nécessaire d’envisager des conditions extrêmes. La conception doit être telle que le chargement maximum ne dépasse pas la limite élastique de la courroie. Pour déterminer la charge sur une courroie, observez les 4 étapes de calcul suivantes: • Déterminez la charge de travail sur la courroie. • Déterminez la charge maximale sur la courroie. • Déterminez la tension de flexion sur la courroie. • Déterminez la charge totale. • Utilisez un système de poulies empêchant la flexion inversée. • Choisissez un rapport longueur/largeur élevé. • Ayez un bon système de réglage du roulement de la courroie. POULIE D’ENTRAÎNEMENT Figure 8. La charge de travail POULIE TENDEUR 12 1. Déterminez la charge de travail (Fw) sur la courroie La charge peut être déterminée soit à partir du couple du moteur de transmission, soit à partir de la charge à déplacer ou à accélérer, ou soit par l’analyse des spécifications du système. Pour un système simple à deux poulies (cf. Fig.8), la charge sur la courroie est Fw = F1 – F2, oú: D1 et D2 = diamètres des poulies t 1 et t 2 = couple agissant sur les poulies respectives F1 et F2 = force agissant sur la courroie, exprimée en Newtons Le rapport de Fw au couple est déterminé par l’équation: t1 Fw = ⁄ 2D1 1 t2 = ⁄ 2D2 1 à la puissance par: Fw = P V oú: V = vitesse en M/s P = Puissance en Watts et à l’accélération par: F = ma oú: m = masse en Kg a = accélération en M/sec2 2. Déterminez la charge maximale (F1) agissant sur la courroie L’exemple donné dans la section 1 montre que Fw = F1 – F2, F1 étant la force la plus élevée agissant sur la courroie. Pour tenir compte de la charge résultant de cette force, sa valeur doit être calculée. Pour un système de transmission par friction fonctionnant sans glissement, les deux forces F1 et F2 se retrouvent dans le rapport suivant: F1 - Fc = emu 3. Déterminez la tension de flexion (Sb) sur la courroie Une tension de flexion survient sur la courroie à cause de ses passages répétés sur la poulie. Cette tension de flexion doit être calculée et ajoutée à la charge Sw afin de déterminer la charge totale sur la courroie: La formule de calcul pour la tension de flexion est : Sb = Et (1- u2)D oú: 2 F2 - Fc E = module d’élasticité en N/mm oú: t = épaisseur de la courroie en mm e = 2.71828 m = coefficient de friction entre la courroie et la poulie u = angle d’enroulement de la courroie sur la poulie, en radians Fc = Force centrifuge agissant sur la poulie Pour une courroie métallique avec une finition standard (0.4 Micro-mètre) et une poulie usinée et non couverte, l’expérience montre que la valeur de µ est comprise entre 0.25 et 0.45 Un avantage des courroies métalliques est que la valeur de Fc est si négligeable qu’elle peut être ignorée. Donc, dans la majorité des cas, la formule peut être simplifiée pour donner: F1 D = diamètre minimal de la poulie en mm u = coefficient de Poisson Il est nécessaire de considérer l’épaisseur de la courroie et le diamètre de la poulie dans les calculs. Le diamètre de la poulie est souvent le plus facile à déterminer en raison de l’espace disponible ou de spécifications définies, par exemple. Dans ce cas tout en considérant le coût total, choisissez le plus grand diamètre possible pour la poulie et calculez l’épaisseur de la courroie selon le tableau n° 3. = emu F2 En substituant pour F2, F1 est alors: F = Fw emu 1 emu – 1 13 Tableau 3: Vie de la courroie RAPPORT ENTRE LE DIAMÈTRE DE LA POULIE ET L’ÉPAISSEUR DE LA COURROIE 625:1 ESPÉRANCE DE VIE DE LA COURROIE (TOURS) 4. Déterminez la charge totale (St) sur la courroie La charge totale sur la courroie est la somme de la charge de travail (Sw) et de la tension de flexion (Sb). St = Sw + Sb 1,000,000 Sw = 400:1 500,000 333:1 165,000 200:1 85,000 F1 bxt avec: b = largeur de la courroie Ces rapports sont basés sur un système de transmission par friction avec deux poulies, et ne sont qu’un guide. t = épaisseur de la courroie Belt Technologies recommande que la valeur de St ne dépasse pas la moitié de la limite élastique du matériau utilisé pour la courroie. Pour de plus amples informations, veuillez nous contacter. A ce stade, il est nécessaire de choisir différents paramètres et d’effectuer d’autres calculs pour arriver à la combinaison la plus appropriée pour votre système. L’utilisation d’une courroie plus large réduit évidemment la charge de travail sans changer la tension de flexion. Une poulie au diamètre plus large réduit la tension de flexion et permet d’utiliser une courroie plus épaisse qui, à son tour, permet de réduire la charge de travail. 14 PRÉCISION DE LA COURROIE: Un avantage très important de la courroie métallique est sa précision. Les courroies perforées et les courroies avec attaches peuvent être fabriquées avec une précision d’espacement de +/- 0.013mm. Les courroies plates et les rubans d’entraînement peuvent aussi être fabriqués avec un haut degré de précision. (cf. tableau 4) RÉPÉTITIVITÉ ET PRÉCISION Quand on conçoit un système en mouvement de haute précision, il faut considérer deux concepts semblables mais différents - la précision de positionnement absolue et la répétitivité. La répétitivité se définit par la capacité à reproduire un ensemble de conditions, un mouvement ou une action, selon des marges de tolérance. Les ingénieurs se sont souvent penchés sur le concept de la précision de positionnement absolue bien qu’en fait, la répétitivité soit le concept auquel ils devraient principalement prêter attention. Tableau 4: Tolérances Normales TYPE DIMENSIONS PRÉCISION Courroies plates et rubans d’entraînement (précision de longueur) Jusqu’à 300mm de 300mm à 900mm de 900mm à 2400mm de 2400mm à 6100mm Supérieure à 6100mm + / - 0.127mm + / - 0.254mm + / - 0.813mm + / - 1.524mm + / - 3.175mm Courroies perforées Encartement <25.4mm Encartement <75mm + / - 0.013mm + / - 0.025mm Courroies avec attaches Encartement <25.4mm Encartement <75mm + / - 0.051mm + / - 0.051mm Pas 1 Pt Une courroie métallique a, pour l’indexage, une perforation (ou une ancre) qui s’engage dans un élément de réglage complémentaire, une dent (ou une poche) située sur la poulie. Cet élément de réglage est spécifié avec un écartement. L’écartement a une tolérance normale de +/-0.013mm qui s’accumule sur toute la longueur de la courroie. Ps Pl • Il y aura un décalage de la courroie et de la poulie dû à l’accumulation des tolérances d’écartement des perforations ou ancres sur la courroie. Ps Pl Pas: 25,000mm ±0,25 Une telle accumulation peut amener l’ingénieur à considérer deux problèmes qui sont tous deux non fondés: • La courroie ne va pas se positionner correctement sur toute sa longueur. Pas 2 Pt Pas court (Ps) Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4 Pas exact (Pt) Pas 3 Pt Ps Pl Pas 4 Pt Ps Pl Pas long (Pl) 24,975 25,000 25,025 49,950 50,000 50,050 74,925 75,000 75,075 99,900 100,000 100,100 Figure 9. Répétitivité et accumulation de l’erreur Regardons de plus près ces deux erreurs, qui sont connexes. 15 Dans un système d’indexage à deux poulies, le travail se fait généralement d’un centre à l’autre des poulies, avec des écartements qui vont et viennent sur l’inter-distance pendant que la courroie est indexée. Ce mouvement d’écartements peut être considéré comme la moyenne mobile relative au nombre total d’écartements sur toute la longueur de la courroie. L’accumulation de l’erreur par l’inter-distance permet de déterminer la mise en place d’autres composants du système tels que les systèmes d’approvisionnement et les actionneurs. Une fois que le système est en marche, la courroie doit adopter ces positions selon des marges de tolérances: la position de la courroie doit être répétable. De plus, supposez que la courroie doit adopter une position tous les 6 écartements. A chaque écartement maître, l’erreur sera de + 0.078mm. Les autres composants du système doivent être mis en place comme suit: P1 152.4mm + 0.078mm P2 304.8mm + 0.156mm P3 457.2mm + 0.234mm P4 609.6mm + 0.312mm P5 762.0mm + 0.390mm P6 914.4mm + 0.468mm P7 1066.8mm + 0.546mm P8 1219.2mm + 0.624mm EXEMPLE: P9 1371.6mm + 0.702mm 1828mm d’interdistance avec 80.7mm pour le diamètre des poulies P10 1524.0mm + 0.780mm P11 1676.4mm + 0.858mm Écartement: 25.4mm P12 1828.8mm + 0.936mm Longueur de la courroie: (1828.8mm x 2)+(80.7mm x π) = 154 écartements - 3911.6mm Considérez une marge d’erreur d’écartement de+ 0.013mm Accumulation totale de l’erreur sur la longueur de la courroie: 154x0.013mm = 2.0mm Accumulation totale à l’interdistance: 72 espacements x 0.013mm = 0.936mm Une fois le système en place, la courroie inextensible va empêcher un mauvais enregistrement aux différents composants du système. La tolérance accumulée entre P1 et P12 sera régulière à 0,0936mm. NOTE: L’erreur s’accumule positivement de +0.078mm à chaque écartement maître. Dans la pratique, il est probable que l’erreur ne représente que 50 % de ce qui est posé dans la théorie, la valeur est donc 0.0468mm dans cet exemple. Pour développer le concept de répétitivité, nous avons simplement supposé dans cet exemple que la tolérance s’accumule positivement de 0.013mm exactement pour chaque écartement. Dans la pratique, avec une tolérance d’écartement de 0.013mm, l’expérience montre en fait qu’une courroie métallique a une répétitivité comprise entre 0.127mm et 0.051mm. Pour les applications où la répétitivité doit être plus précise que 0.051mm, la courroie métallique doit être utilisée avec une technique d’enregistrement final. Il n’y a pas décalage ou enregistrement incorrect de la courroie et de la poulie, car il faudrait que, sur la courroie, l’accumulation de la marge d’erreur excède l’espace libre entre les éléments d’indexage de la courroie et de la poulie. Dans cet exemple, nous avons choisi un diamètre de poulie de 80.7mm car en utilisant une courroie d’une épaisseur de 0.127mm, le diamètre obtenu pour l’écartement a une circonférence de 254.0mm. Avec un degré d’enroulement de 180° et un espacement de 25.4mm, cinq ancres ou perforations s’engagent toujours sur la poulie. L’erreur totale est de 5*0.013mm = 0.065mm. Conformément á la conception, il existe une différence de diamètre entre les éléments d’indexage de la courroie et ceux de la poulie atteignant jusqu’à 0,203mm. L’accumulation de l’erreur (0.065mm) n’est donc pas suffisante pour causer un enregistrement incorrect des composants de la courroie et de la poulie. Comme le montre l’exemple ci-dessus le montre, on serait tenté de vouloir obtenir une tolérance d’écartement qui ne permette pas I’accumulation de l’erreur, mais en général cela ne s’avère ni possible ni nécessaire. 16 CENTRAGE DE LA COURROIE: Etant donné que la courroie métallique ne s’allonge pas de manière significative quand elle est tendue, son centrage peut être plus difficile que pour d’autres types de courroie. Une courroie métallique ne s’allongeant pas, elle ne pourra donc pas compenser: CAMBRURE Figure 10. Cambrure • l’ alignement insuffisant du système • une déviation incontrôlée de l’arbre de la poulie • le chargement différentiel • la cambrure de la courroie Parmi ces éléments, le technicien n’est peut-être pas très familier avec la cambrure de la courroie. La cambrure est la tendance d’une courroie à dévier par rapport à une ligne droite. Ce phénomène est propre à chaque type de courroie. Quand les courroies sont placées et tendues dans un système à deux poulies, un des bords est tendu davantage car sa circonférence est moins large que l’autre. Cela provoque un désalignement de la courroie du bord tendu vers le bord moins tendu quand celle-ci est en mouvement. A des fins de clarté, la figure n° 10 illustre de façon exagérée le concept de cambrure. En réalité, pour une courroie métallique, la cambrure normale n’est que de 0,2 mm par mètre. Figure 11. Centrage Trois techniques de base sont utilisées sur les systèmes munis de poulies de transmission par friction, ou de poulies d’indexage. • Ajustement de l’axe de la poulie • Poulies bombées • Centrage forcé 17 Ajustement de l’axe de la poulie L’ajustement de l’axe de la poulie dans un système équipé de courroies métalliques est le meilleur moyen d’aligner la courroie. On doit toujours y recourir si c’est possible. Les tensions sur les bords sont modifiées d’une manière maîtrisée afin de guider la courroie. Cette technique doit également être utilisée pour des poulies bombées ou des poulies à surface plate. L’idéal serait d’ajuster la poulie d’entraînement ainsi que la poulie tendeur. Mais en général, seule la poulie tendeur/poulie de retour est ajustée. La poulie d’entraînement est souvent difficile à ajuster à cause de son interface avec les moteurs ou d’autres éléments de transmission de puissance. Poulies bombées Lorsque l’utilisation de poulies bombées s’avère nécessaire, cela doit s’effectuer en plus et non à la place de l’ajustement de l’axe de la poulie. Une poulie bombée ne va pas toujours centrer une courroie métallique toute seule. Aussi, les poulies bombées fonctionnent-elles mieux avec des courroies métalliques fines. Une augmentation de la tension peut permettre d’obtenir une parfaite intégrité entre la courroie et la face de la poulie et donc un centrage forcé. Mais cette augmentation de la tension pourrait provoquer une déformation de la courroie, notamment dans le cas de courroies larges. Si des poulies bombées sont utilisées, il est recommandé de respecter une hauteur de courbure non supérieure à l’épaisseur de la courroie. 18 Figure 12. Ajustement de l’axe de la poulie Centrage forcé Dans les cas où l’ajustement de l’axe de la poulie ne suffit pas pour disposer correctement la courroie, des méthodes d’alignement forcé telles qu’une poulie de collet Teflon ou un galet de came peuvent être nécessaires et acceptables. L’utilisation d’une courroie en V liée à la circonférence interne de la courroie métallique constitue une technique efficace d’alignement forcé pour les systèmes plus larges. Cette courroie à deux éléments, que Belt Technologies appelle Metrak, répartit les forces de centrage sur la courroie en V plutôt que sur la courroie métallique, en Figure 13. Centrage forcé maximisant par conséquent la durée de vie de la courroie. Il est nécessaire de se rappeler que les dents et les poches à la surface d’une poulie servent à l’indexage et non au centrage. Pour la grande majorité des applications, on peut guider une courroie métallique en ajustant l’axe de la poulie tendeur. Pour les applications plus délicates, nous vous invitons à consulter nos ingénieurs qui vous proposeront des options adaptées à votre conception. REGLAGE DE TEMPS/INDEXAGE Les poulies destinées aux courroies métalliques peuvent être munies de poches ou de dents qui s’engagent chacune dans des perforations ou attaches situées sur la courroie. La plus grande attention doit être portée à la conception de ces poulies afin de garantir que tous les éléments de réglage aient des rayons sphériques ou “involute”. Ceci permettra à la poulie et à la courroie de s’engager en douceur l’une dans l’autre . Pour éviter les problèmes engendrés par l’accumulation des tolérances, la différence entre le diamètre des éléments d’entraînement et celui des éléments conducteurs doit être au moins de 0.15mm - 0.2mm. L’entraînement de zéro, ou près de zéro, retour, est un cas spécifique. Pour la fabrication d’une poulie dentée, une grande attention est portée à la position de chaque dent afin de garantir une précision totale des écartements. Dans la conception d’une poulie d’indexage, il est essentiel que l’écartement soit à l’axe neutre de la courroie ( la moitié de l’épaisseur de la courroie, pour une courroie plate fine) et non à la base. Étant donné que les courroies métalliques sont en général fines, on peut être tenté de négliger leur épaisseur dans le calcul du diamètre de la bande de support de la poulie. Cependant, négliger le calcul de l’épaisseur de la courroie peut causer des erreurs dans le réglage de la poulie. Figure 14. Les poulies de réglage de temps/indexage Le diamètre de la bande de support est déterminé par la formule suivante: D= NP π –t avec: N = Nombre de dents ou d’espacements sur la poulie. P = L’écartement t = L’épaisseur de la courroie TENSION DE LA COURROIE: La tension de la courroie ne doit pas être amplifiée pour réduire l’affaissement entre les poulies. Une courroie trop tendue peut présenter une courbure, analogue à celle d’un mètre ruban. Outre cette courbure, une tension trop élevée peut provoquer un mouvement irrégulier, et réduire la répétitivité ainsi que la durée de vie de la courroie. Le fonctionnement même du système permet de choisir la tension la plus appropriée. Si nécessaire on peut la maintenir à l’aide de vérins pneumatiques ou de ressorts. Les systèmes de transmission par friction fonctionnent variables, de la tension d’une chaîne de bicyclette à celle d’une corde de guitare. Dans les systèmes avec réglages de temps, la tension est extrêmement importante et doit être maintenue aussi basse que possible car ceci permet d’améliorer la durée de vie de la courroie et d’empêcher l’usure des autres composants du système. 19 HAUTES TEMPÉRATURES: Tableau 5: Caractéristiques des alliages principaux à la température élevée ALLIAGES Lorsque la courroie métallique est exposée à des températures élevées, il est essentiel que les matériaux choisis pour la courroie, ainsi que les attaches et les traitements de surface, soient en mesure de résister à ces températures. Il est aussi nécessaire de considérer l’expansion et la contraction des matériaux selon les fluctuations de températures car ces changements ont un effet sur le réglage de temps, le centrage, la tension et la planéité. Les propriétés de perméabilité magnétique des différents alliages utilisés communément pour les courroies métalliques sont répertoriées en annexe. 20 1100 à 930 17-7 CH-900 205° à 425° 11.8 1515 à 1170 425° à 535° 15.1 1080 à 1070 Résistance à la traction en N/mm 2 Ultimate Tensile Strength, N/mm 2 Tableau 6: Propriétés physiques et changements de températures (17-7 CH-900) 1800 1660 1520 1380 1240 0.2% limite élastique, N/mm La série S300 d’aciers inoxydables est considérée comme étant non magnétique, mais le laminage utilisé pour augmenter leur résistance contribue à augmenter leur perméabilité magnétique. Par conséquent, un alliage S301FH ou «très dur» aura une perméabilité magnétique plus grande qu’un alliage S301HH ou «semi-dur». Généralement, l’acier inoxydable S316 a la perméabilité magnétique la plus basse, mais il est difficile de l’obtenir a l’état «très dur». 17.6 2 0.2% Yield Strength, N/mm 2 La perméabilité magnétique est généralement définie comme une mesure de la capacité d’une substance à transmettre le magnétisme, par opposition à l’air qui a une perméabilité égale à 1. LIMITE D’ÉLASTICITÉ MOYENNE POUR LES TEMPÉRATURES N/mm2 20° à 205° 1660 1520 1380 1240 1100 Elongation par 51mm,% PERMEABILITE MAGNETIQUE: COEFFICIENT D’EXPANSION THERMIQUE 10-6CM/CM/°C 301/302/304 FH Inco® 718 Solution recuite et traitée à la chaleur Elongation in 51mm,% Le tableau n° 5 dresse la liste des alliages principaux en fonction de températures spécifiques, en considérant également le coefficient d’expansion thermique et la limite élastique. Le tableau n° 6. illustre les changements des propriétés physiques de l’alliage 17-7 CH-900 en fonction de la température. TEMPÉRATURES °C 6 4 2 40 95 150 205 260 315 370 425 480 535°C A T1 V1 B systèmes, il est possible de n’en placer que quatre ou six sur la circonférence de la poulie. RIGIDITÉ DU SYSTÈME: V2 C T2 Figure 15. La théorie du glissement – AB correspond à l’arc vide, BC correspond à l’arc effectif GLISSEMENT DE LA COURROIE: Le glissement de la courroie est un phénomène associé à la transmission entre la poulie et l’élément élastique de la courroie. À cause du glissement qui s’opère dans un système de transmission par friction à l’issue d’un grand nombre de tours, la poulie tourne légèrement plus vite que la courroie. Sur la figure n°.15, l’enroulement de 180° entre la poulie et la courroie se divise en deux arcs: • L’arc vide (où il n’y pas de transmission) • L’arc effectif, également appelé angle de glissement (où la transmission s’effectue) Au niveau de l’arc vide, les surfaces de la courroie et de la poulie sont en contact statique, et il n’y a pas de transmission. La courroie parcourt la poulie avec une tension T1 et une vitesse V1, qui est égale à la vitesse à la surface de la poulie d’entraînement. La vitesse et la tension restent toutes les deux constantes au niveau de l’arc vide. Au niveau de l’arc effectif, les surfaces de la poulie et de la courroie subissent un effet de glissement et la vitesse à la surface de la poulie est un peu plus élevée que la vitesse de la courroie. Ce phénomène s’explique par des changements dimensionnels de la courroie dus à des forces qui agissent sur la courroie lorsqu’elle passe sur la poulie. Lorsque survient cet effet de glissement, des forces de friction se créent pour venir égaler les variations de tension sur la courroie, et la transmission est réalisée. Puisque l’élément élastique d’une courroie métallique est en fait la courroie métallique elle-même, avec son haut module d’élasticité, le glissement sur une courroie métallique est bien moindre que sur des courroies fabriquées avec des matériaux différents. Cependant, ce glissement, s’il n’est pas contrôlé, peut provoquer une perte de répétitivité de la courroie. Heureusement le glissement dans le cas des courroies métalliques est maîtrisé sans difficulté. Les dents ou oreilles situées sur la poulie constituent le meilleur moyen de lutter contre le glissement de la courroie. Le nombre de dents doit être limité. Il est à noter que dans la majorité des II est indispensable que le système soit assez rigide pour permettre des ajustements précis du réglage de temps et du centrage. Une flexion non maîtrisée dans le corps du système va provoquer une courbure quand la courroie sera mise en marche. Si on compense cette force (flexion dans le système) par une autre force (ajustement de l’axe), ceci n’apporte pas un contrôle total et peut provoquer des problèmes d’alignement. Afin de s’assurer que tous les ajustements de l’axe soient correctement maîtrisés, il est très important que le système soit suffisamment rigide. FLEXION INVERSÉE: Un système à deux poulies est idéal. Un système à trois ou quatre poulies est également acceptable. Pourtant, une flexion inversée provoque une tension de flexion additionelle et compromet la durée de vie de la courroie. De plus, puisque chaque poulie peut avoir une influence sur le guidage de la courroie, des problèmes de centrage peuvent survenir. ARBRE EN CANTILEVER II est préférable que l’arbre de la poulie ait des extrémités très solides. Les poulies reposant librement à chaque extrémité (cantilever) peuvent pivoter. Quand on met le système en tension, l’arbre peut dévier et provoquer des problèmes de centrage. Si l’usage de ce type de poulie s’avère nécessaire, la solidité de l’arbre et la rigidité du système maximum doivent être garantis. 21 TIRER (NON POUSSER) Reportez-vous à la figure n° 8. Dans ce système à deux poulies, la travée du haut (qui conduit la poulie d’entraînement et où la force F1 est plus forte) sera plus tendue par rapport à la travée du bas (où la force F2 est plus faible). Pour garantir un engagement en douceur de la courroie métallique synchronisée, la travée (F1) doit toujours être tirée par la poulie d’entraînement. Souvenez-vous que la poulie d’entraînement doit tirer. AFFAISSEMENT DE LA COURROIE Quand l’espace entre les poulies est long, la courroie peut fléchir. Même sur la travée plus tendue, il y a un certain affaissement. Pour empêcher la courroie de fléchir et assurer une tension correcte, il est nécessaire de traîner la surface de la courroie sur un support stationnaire réalisé en matériaux de masse moléculaire élevée. Aussi, il convient d’éviter les surfaces en rotation qui pourraient entraîner une déviation de l’axe et causer des problèmes de centrage. Faire glisser ou traîner la surface de la courroie sur la surface d’un support stationnaire a un effet négligeable sur son centrage ou sa durée de vie. Tableau 7. ALLIAGES LIMITE RÉSISTANCE À ÉLASTIQUE LA TRACTION (COMPENSATION N/mm2 0.2%) N/mm2 • Les courroies métalliques peuvent fonctionner sans problème sur des poulies dont le diamètre ne dépasse pas 6.35mm, mais cela réduit la durée de vie de la courroie. 22 DURETÉ 301 FH (1.4310) 1100 1240 5-15 RC40-45 301 HY (1.4310) 1790 1930 1 N/A 302 FH (1.4310) 1100 1240 1-5 RC40-45 304 FH (1.4306) 1100 1240 1-5 RC40-45 316 FH (1.4401) 1200 1310 1-2 RC35-45 716 FH 1450 1790 5-10 RC52 17-7 CONDITION C 1275 1480 5 RC43 17-7 CH-900 1655 1720 2 RC49 INCONEL® 718 1200 1450 17 RC41 ACIER CARBONE SAE 1095 1650 1790 7-10 RC50-55 TITANIUM 15V-3CR-3AI-3SN 1030 1140 11 RC35 H - HAUTE, M - MOYENNE, B - BASSE (PAR RAPPORT AUX AUTRES MATÉRIAUX SUR CETTE RESTRICTIONS: Des restrictions telles que la limitation de l’espace et des spécificités chimiques, thermiques, électriques ou liées au système peuvent amener à des modifications de conception. Voici quelques exemples à cet égard: ELONGATION PAR 51mm % • Les courroies métalliques fonctionnent dans des fours jusqu’à 590°C, mais ces températures réduisent la durée de vie de la courroie. Veuillez vous reporter au tableau n°5. De plus, un grand nombre d’utilisations de courroies métalliques n’obéissent pas rigoureusement aux règles optimales de conception. MODULE D’ÉLASTICITÉ DE TENSION 5 EN 10 N/mm2 COEFFICIENT DE POISSON 1.93 .285 1.79 DENSITÉ g/cm3 CONDUCTIVITÉ THERMIQUE (0° TO 100° C) Cal/cm2/sec/°C/cm COEFFICIENT D’EXPANSION THERMIQUE (0° TO 100° C) cm/cm/°C x 10-6 PERMÉABILITÉ MAGNÉTIQUE RÉSISTANCE À LA CORROSION 7.9 0.039 16.9 B-M M .285 7.9 0.039 16.9 M-H M 1.93 .285 7.9 0.039 17.3 B-M M-H 1.93 .285 7.9 0.039 17.3 B-M M-H 1.93 .285 7.9 0.036 16.0 B H 2.20 .285 7.9 0.059 10.6 H B-M 1.93 .305 7.8 0.037 15.3 M-H M-H 2.00 .305 7.8 0.037 10.9 M-H M-H 2.00 .284 7.9 0.030 11.9 B H 2.07 .287 7.9 0.124 10.5 H B 1.03 .300 4.7 0.019 9.7 B H LISTE) DURÉE DE VIE DE LA COURROIE La durée de vie de la courroie varie beaucoup selon les usages et les techniques utilisées. Une courroie dont la durée de vie est de 10,000 tours peut être excellente pour une application, alors qu’une autre courroie effectuera 10,000 tours par heure. Donc, quelle sera la durée de vie réelle de la courroie? Nous ne cherchons pas à éviter la question en répondant: cela dépend. Cela dépend en effet de facteurs liés à la conception, la résistance des matériaux, l’environnement, la charge, la tension, le traitement de surface, etc. Les facteurs qui ont un effet sur la conception ont aussi un effet sur la durée de vie de la courroie. En considérant les informations contenues dans ce guide, il est possible de dire que les courroies métalliques sont potentiellement supérieures à d’autres types de courroies ou de chaînes. Les courroies métalliques sont plus précises, plus légères, plus rapides et ont des performances plus constantes, mais aussi, dans beaucoup d’applications, sont moins chères. Nos 2,500 applications couronnées de succès à travers le monde attestent les avantages de nos produits. Une discussion avec un membre de notre équipe technique vous aidera à estimer la durée de vie d’une courroie pour votre application particulière. 23 Nous espérons que cette présentation des courroies métalliques vous aura permis de mieux comprendre les différents éléments à prendre en considération pour leur conception et vous aidera à les adapter à vos applications. L’utilisation de courroies métalliques offre de nombreuses solutions pour une liste toujours plus longue de clients satisfaits. Pour obtenir toutes informations complémentaires ou toute assistance de la part d’un membre de notre équipe d’ingénieurs, veuillez nous contacter par téléphone ou par fax au: Téléphone: 44 (0) 191 415 3010 Fax: 44 (0) 191 415 0333 Merci de choisir Belt Technologies. Belt Technologies Europe 4th Floor Pennine House Washington Tyne and Wear United Kingdom NE37 1LY Web adresse: http://www.belttechnologies.co.uk 24 LA COURROIE MÉTALLIQUE LISTE DE RÉFÉRENCE En Grande Bretagne et l’Europe: Aux Etats Unis et Région de l’Asie Pacifique Belt Technologies Europe 4th Floor, Pennine House Washington Tyne and Wear NE37 1LY United Kingdom Tel: +44 (0)191-415-3010 Fax: +44 (0)191-415-0333 E-Mail: [email protected] www.belttechnologies.co.uk Belt Technologies, Inc. 11 Bowles Road Agawam, MA 01001-2925 USA Tel: (1) 413 786-9922 Fax: (1) 413 789-2786 E-Mail: [email protected] www.belttechnologies.com De: (Nom) (Compagnie) (Adresse) (Tel./Fax) 1. L'emploi: o o Transport Index o Mesure o Position o Transmission 2. Dimensions: Largeur Diamètre de la poulie Nombre des poulies Inter-distance 3. Le poids: Vitesse Pression (torque) nécessaire Accélération Poids statique 4. Les Caracteristiques Demandes: Force o Température Precisión o Propreté o Résistance à corrosion o o °C 5. Attachez un diagramme de votre système proposé, s'il vous plait. Conductivité thermale o o °F En Grande Bretagne et l’Europe Belt Technologies Europe • 4th Floor • Pennine House Washington, Tyne and Wear NE37 1LY, Grand Bretagne Tel: +44 (0) 191 415 3010 • Fax: +44 (0) 191 415 0333 E-Mail: [email protected] • www.belttechnologies.co.uk Aux Etats Unis et Région de l’Asie Pacifique Belt Technologies, Inc. • 11 Bowles Road • Agawam, MA 01001-2925, EE.UU. Tel: 413 786-9922 • Fax: 413 789-2786 E-Mail: [email protected] • www.belttechnologies.com