Arbressont des composants essentiels dans les systèmes mécaniques, servant de colonne vertébrale qui supporte tous les éléments de transmission tout en transmettant le couple et en supportant les moments de flexion. La conception d'un puits doit non seulement se concentrer sur ses caractéristiques individuelles, mais également prendre en compte son intégration dans la structure globale du système de puits. En fonction du type de charge subie lors du mouvement et de la transmission de puissance, les arbres peuvent être classés en broches, arbres d'entraînement et arbres rotatifs. Ils peuvent également être classés en fonction de la forme de leur axe en arbres droits, arbres excentriques, vilebrequins et arbres flexibles.
Broches
1. Broche fixe
Ce type de broche ne supporte que les moments de flexion tout en restant immobile. Sa structure simple et sa bonne rigidité le rendent idéal pour des applications telles que les axes de vélo.
2. Broche rotative
Contrairement aux broches fixes, les broches rotatives supportent également des moments de flexion lorsqu'elles sont en mouvement. On les trouve couramment dans les essieux des roues des trains.
Arbre de transmission
Les arbres de transmission sont conçus pour transmettre le couple et sont généralement plus longs en raison des vitesses de rotation élevées. Pour éviter les fortes vibrations provoquées par les forces centrifuges, la masse de l'arbre d'entraînement est répartie uniformément sur sa circonférence. Les arbres de transmission modernes utilisent souvent des conceptions creuses, qui offrent des vitesses critiques plus élevées que les arbres pleins, ce qui les rend plus sûrs et plus économes en matériaux. Par exemple, les arbres de transmission automobiles sont généralement fabriqués à partir de plaques d’acier d’épaisseur uniforme, tandis que les véhicules lourds utilisent souvent des tuyaux en acier sans soudure.
Arbre rotatif
Les arbres rotatifs sont uniques en ce sens qu’ils supportent à la fois des moments de flexion et de torsion, ce qui en fait l’un des composants les plus courants des équipements mécaniques.
Arbre droit
Les arbres droits ont un axe linéaire et peuvent être classés en arbres optiques et étagés. Les shats droits sont généralement solides, mais peuvent être conçus pour être creux afin de réduire le poids tout en conservant la rigidité et la stabilité en torsion.
1. Arbre optique
De forme simple et faciles à fabriquer, ces arbres sont principalement utilisés pour la transmission.
2. Arbre étagé
Un arbre avec une section transversale longitudinale étagée est appelé arbre étamé. Cette conception facilite l'installation et le positionnement des composants, conduisant à une répartition plus efficace de la charge. Bien que sa forme ressemble à celle d’une poutre de résistance uniforme, elle présente de multiples points de concentration de contraintes. En raison de ces caractéristiques, les arbres étagés sont largement utilisés dans diverses applications de transmission.
3.Arbre à cames
L'arbre à cames est un élément essentiel des moteurs à pistons. Dans les moteurs à quatre temps, l'arbre à cames fonctionne généralement à la moitié de la vitesse du vilebrequin, mais il maintient néanmoins une vitesse de rotation élevée et doit supporter un couple important. En conséquence, la conception de l’arbre à cames impose des exigences strictes en matière de résistance et de capacités de support.
Les arbres à cames sont généralement fabriqués à partir de fonte spécialisée, bien que certains soient fabriqués à partir de matériaux forgés pour une durabilité accrue. La conception de l’arbre à cames joue un rôle essentiel dans l’architecture globale du moteur.
4. Arbre cannelé
Les arbres cannelés doivent leur nom à leur apparence distinctive, avec une rainure de clavette longitudinale sur leur surface. Ces rainures de clavette permettent aux composants rotatifs montés sur l'arbre de maintenir une rotation synchronisée. En plus de cette capacité de rotation, les arbres cannelés permettent également un mouvement axial, certaines conceptions intégrant des mécanismes de verrouillage fiables pour les applications dans les systèmes de freinage et de direction.
Une autre variante est la tige télescopique, composée de tubes intérieurs et extérieurs. Le tube extérieur a des dents internes, tandis que le tube intérieur a des dents externes, leur permettant de s'emboîter parfaitement. Cette conception transmet non seulement le couple de rotation, mais offre également la possibilité de s'étendre et de se contracter en longueur, ce qui la rend idéale pour une utilisation dans les mécanismes de changement de vitesse de transmission.
5. Arbre de transmission
Lorsque la distance entre le cercle de dedendum d'un engrenage et le bas de la rainure de clavette est minime, l'engrenage et l'arbre sont intégrés en une seule unité, appelée arbre d'engrenage. Ce composant mécanique supporte les pièces en rotation et fonctionne en conjonction avec elles pour transmettre un mouvement, un couple ou des moments de flexion.
6. Arbre à vis sans fin
Un arbre à vis sans fin est généralement construit comme une seule unité qui intègre à la fois la vis sans fin et l'arbre.
7. Arbre creux
Un arbre conçu avec un centre creux est appelé arbre creux. Lors de la transmission du couple, la couche externe d'un arbre creux subit la contrainte de cisaillement la plus élevée, ce qui permet une utilisation plus efficace des matériaux. Dans des conditions où le moment de flexion des arbres creux et pleins est égal, les arbres creux réduisent considérablement le poids sans compromettre les performances.
Vilebrequin
Un vilebrequin est un composant essentiel d'un moteur, généralement fabriqué en acier de construction au carbone ou en fonte ductile. Il comporte deux sections clés : le tourillon principal et le tourillon de bielle. Le tourillon principal est monté sur le bloc moteur, tandis que le tourillon de bielle se connecte à la grande extrémité de la bielle. La petite extrémité de la bielle est reliée au piston dans le cylindre, formant un mécanisme manivelle-curseur classique.
Arbre excentrique
Un arbre excentrique est défini comme un arbre dont l'axe n'est pas aligné avec son centre. Contrairement aux arbres ordinaires, qui facilitent principalement la rotation des composants, les arbres excentriques sont capables de transmettre à la fois la vitesse et la révolution. Pour ajuster l'entraxe entre les arbres, des arbres excentriques sont couramment utilisés dans les mécanismes de liaison planaire, tels que les systèmes d'entraînement par courroie trapézoïdale.
Arbre flexible
Les arbres flexibles sont principalement conçus pour transmettre le couple et le mouvement. En raison de leur rigidité en flexion nettement inférieure à leur rigidité en torsion, les arbres flexibles peuvent facilement contourner divers obstacles, permettant ainsi une transmission sur de longues distances entre la puissance principale et la machine de travail.
Ces arbres facilitent le transfert de mouvement entre deux axes ayant un mouvement relatif sans nécessiter de dispositifs de transmission intermédiaires supplémentaires, ce qui les rend idéaux pour les applications longue distance. Leur conception simple et leur faible coût contribuent à leur popularité dans divers systèmes mécaniques. De plus, les arbres flexibles aident à absorber les chocs et les vibrations, améliorant ainsi les performances globales.
Les applications courantes incluent les outils électriques portatifs, certains systèmes de transmission dans les machines-outils, les odomètres et les dispositifs de télécommande.
1. Arbre flexible de type puissance
Les arbres flexibles de type électrique comportent une connexion fixe à l'extrémité du joint d'arbre souple, équipée d'un manchon coulissant à l'intérieur du joint de tuyau. Ces arbres sont principalement conçus pour la transmission de couple. Une exigence fondamentale pour les arbres flexibles de type moteur est une rigidité en torsion suffisante. Généralement, ces arbres comprennent des mécanismes anti-retour pour assurer une transmission unidirectionnelle. La couche externe est construite avec un fil d'acier de plus grand diamètre et certaines conceptions n'incluent pas de tige centrale, ce qui améliore à la fois la résistance à l'usure et la flexibilité.
2. Arbre flexible de type contrôle
Les arbres flexibles de type commande sont principalement conçus pour la transmission de mouvements. Le couple qu'ils transmettent est principalement utilisé pour vaincre le couple de friction généré entre l'arbre flexible en fil métallique et le tuyau. En plus d'avoir une faible rigidité en flexion, ces arbres doivent également posséder une rigidité en torsion suffisante. Comparés aux arbres flexibles de type électrique, les arbres flexibles de type commande se caractérisent par leurs caractéristiques structurelles, qui incluent la présence d'une tige centrale, un nombre plus élevé de couches d'enroulement et des diamètres de fil plus petits.
Structure de l'arbre flexible
Les arbres flexibles se composent généralement de plusieurs composants : un arbre flexible en fil métallique, un joint d'arbre flexible, un tuyau et un joint de tuyau.
1. Arbre flexible en fil
Un arbre flexible en fil métallique, également connu sous le nom d'arbre flexible, est construit à partir de plusieurs couches de fil d'acier enroulées ensemble, formant une section circulaire. Chaque couche est constituée de plusieurs brins de fil enroulés simultanément, lui conférant une structure similaire à un ressort multibrins. La couche de fil la plus interne est enroulée autour d'une tige centrale, les couches adjacentes étant enroulées dans des directions opposées. Cette conception est couramment utilisée dans les machines agricoles.
2. Joint d'arbre flexible
Le joint d'arbre flexible est conçu pour relier l'arbre de sortie de puissance aux composants de travail. Il existe deux types de connexions : fixes et coulissantes. Le type fixe est généralement utilisé pour les arbres flexibles plus courts ou dans les applications où le rayon de courbure reste relativement constant. En revanche, le type coulissant est utilisé lorsque le rayon de courbure varie considérablement pendant le fonctionnement, permettant un mouvement plus important à l'intérieur du tuyau pour s'adapter aux changements de longueur à mesure que le tuyau se plie.
3. Tuyau et joint de tuyau
Le tuyau, également appelé gaine de protection, sert à protéger l'arbre flexible en fil métallique du contact avec des composants externes, garantissant ainsi la sécurité de l'opérateur. De plus, il peut stocker les lubrifiants et empêcher la saleté de pénétrer. Pendant le fonctionnement, le tuyau fournit un support, facilitant ainsi la manipulation de l'arbre flexible. Notamment, le tuyau ne tourne pas avec l'arbre flexible pendant la transmission, ce qui permet un fonctionnement fluide et efficace.
Comprendre les différents types et fonctions des arbres est crucial pour les ingénieurs et les concepteurs afin de garantir des performances et une fiabilité optimales dans les systèmes mécaniques. En sélectionnant le type d'arbre approprié pour des applications spécifiques, on peut améliorer l'efficacité et la longévité des machines. Pour plus d’informations sur les composants mécaniques et leurs applications, restez à l’écoute de nos dernières mises à jour !
Heure de publication : 15 octobre 2024
