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Courroie à multi-gorges : une courroie à multi-gorges est une courroie de forme circulaire comportant plusieurs gorges triangulaires longitudinales fixées sur une base de courroie plate (voir figure 1). Sa surface de travail est constituée des flancs des gorges, ce qui en fait une nouvelle forme de courroie d’entraînement. Réunissant les avantages des deux types de courroies — courroie plate et courroie trapézoïdale — tout en atténuant leurs inconvénients respectifs, elle connaît une diffusion de plus en plus large ces dernières années.
I. Caractéristiques des entraînements par courroies trapézoïdales multiples
1. Par rapport aux entraînements par courroies trapézoïdales classiques, les entraînements par courroies trapézoïdales multiples offrent les avantages suivants :
(1) Les courroies trapézoïdales multiples sont utilisées pour répartir uniformément la pression sur l’ensemble des surfaces de contact, en tirant parti de l’incompressibilité du caoutchouc (voir figure 2). Le niveau d’efficacité de contact entre la surface en forme de coin de la courroie et la gorge de la poulie est proche de 100 %. Par conséquent, les courroies trapézoïdales multiples, pour une largeur identique à celle des courroies trapézoïdales classiques, peuvent transmettre une charge 30 à 50 % supérieure à celle des courroies trapézoïdales standard.
(2) En raison de leur faible épaisseur, les courroies trapézoïdales multiples ne permettent qu’un diamètre minimal effectif de poulie (demin) égal au tiers ou au cinquième de celui d’une poulie classique pour courroie trapézoïdale. Leur structure est donc moins encombrante et leur coût est réduit (les valeurs de demin sont indiquées dans le tableau 2).
(3) Les entraînements par courroies trapézoïdales multiples évitent efficacement les limitations des entraînements par plusieurs courroies trapézoïdales, notamment les vibrations, la répartition inégale des charges et les rapports de transmission instables dus aux variations de la longueur des courroies.
(4) Les courroies multi-V présentent une faible élongation et ne glissent pas sous surcharge. Le déplacement relatif entre les gorges et les rainures des poulies est minimal, ce qui génère moins de chaleur par frottement et assure une longue durée de vie aux surfaces de fonctionnement de la courroie et de la poulie.
(5) Les courroies multi-V sont très flexibles et légères, ce qui permet d'éviter les pertes de puissance dues à la flexion et aux forces centrifuges pendant la transmission, d'où un rendement élevé.
2. Elles possèdent la même flexibilité que les courroies plates, ce qui signifie que des poulies tendeuses peuvent être installées à l'intérieur ou à l'extérieur de la courroie multi-V. Contrairement aux courroies plates, elles ne peuvent toutefois pas se démonter de la poulie pendant le fonctionnement. Elles doivent être utilisées pour des transmissions à haute vitesse et peuvent atteindre une vitesse de 10 000 tr/min, avec un rapport de transmission de 1:10.
3. Les poulies pour courroies trapézoïdales multiples sont également plus faciles à fabriquer et à usiner, car elles ne nécessitent aucun outil ou équipement spécial, contrairement aux entraînements par courroie synchrone. Les exigences d’installation sont moindres que celles des courroies synchrones, ce qui facilite leur adoption par de nombreuses usines. Le remplacement des courroies synchrones par des courroies trapézoïdales multiples peut s’avérer très rentable là où les rapports de transmission mécanique autorisent des tolérances aussi faibles.
II. Introduction aux courroies trapézoïdales multiples et aux systèmes de poulies
1. Modèles de courroies trapézoïdales multiples et dimensions de leurs sections transversales
Les courroies trapézoïdales multiples sont classées, en fonction de leur matériau, en courroies en caoutchouc et en polyuréthane. Les courroies crantées en caoutchouc présentent une capacité supérieure à la chaleur et aux charges par rapport aux variétés en polyuréthane et sont plus couramment utilisées. Selon la norme ISO/DP 9982-1988, les courroies crantées en caoutchouc entrent dans la catégorie PH, comme indiqué dans le tableau 1. Les courroies PH sont principalement utilisées dans les machines de bureau et les systèmes de transmission d’instruments, destinés essentiellement à transmettre le mouvement. Les courroies PK sont spécifiquement conçues pour des applications automobiles, telles que l’entraînement du ventilateur, de l’alternateur et de la pompe à eau. Les courroies PJ, PL et PM sont largement utilisées dans les systèmes de transmission des machines industrielles générales. Dans certains pays, comme les États-Unis et le Royaume-Uni, la désignation des courroies trapézoïdales multiples intègre les lettres H, J, K, L et M, dont les dimensions de base sont très similaires à celles figurant dans le tableau 1. Les types les plus répandus sont les J et L. Bien qu’il existe de légères variations dimensionnelles au niveau de la section transversale selon les pays, cela n’entrave pas l’interchangeabilité universelle des produits. En ce qui concerne les courroies trapézoïdales multiples de type M, l’angle de la gorge est identique dans tous les pays et vaut 40°, mais l’entraxe entre les gorges diffère. Par conséquent, les courroies trapézoïdales multiples de type M provenant de différents pays ne sont pas toujours compatibles entre elles.
Le marquage ISO de la courroie comprend le nombre de gorges, le type de section transversale de la courroie et sa longueur effective. À titre d’illustration, une courroie de type PM comportant 10 gorges et une longueur effective de 3550 mm est désignée « 10PM3550 », mais au Royaume-Uni et aux États-Unis, elle est désignée « 550M10 ».
Un équipement spécialisé est utilisé pour mesurer la longueur effective (L) de la courroie. Chaque modèle de courroie possède des valeurs spécifiques en ce qui concerne le diamètre effectif de la poulie (d) lors de la mesure. Il est à noter que la longueur effective (L) utilisée par l’ISO correspond, en réalité, à la même dimension que la longueur de pas (Pitch Length) employée dans des pays tels que le Royaume-Uni et les États-Unis. Les deux termes désignent la circonférence de la courroie au niveau du diamètre effectif de la poulie d. Des séries normalisées identiques de longueurs de pas ont été établies au Royaume-Uni, aux États-Unis, au Japon et dans d’autres pays, mais pas dans la norme ISO/DP9982.
2. Types de poulies et dimensions de la section transversale
Les poulies pour courroies trapézoïdales multiples sont classées en cinq types selon la norme ISO/DP9982, et leurs dimensions de section transversale sont présentées à la figure 4 et au tableau 2.
Le diamètre extérieur (da) de la poulie peut être (tel que spécifié par l’ISO) égal ou différent du diamètre effectif (d.). Toutefois, dans d’autres pays tels que le Royaume-Uni, les États-Unis et le Japon, le diamètre extérieur de la poulie correspond entièrement au diamètre primitif. Il convient de noter que le diamètre effectif, tel que défini par l’ISO, et le diamètre primitif utilisé dans des pays tels que le Royaume-Uni et les États-Unis, désignent en réalité le même diamètre. Que l’on considère la longueur effective de la courroie ou le diamètre effectif, leur définition et leurs spécifications dans la norme ISO sont rigoureusement établies et précises. La raison en est que le diamètre primitif réel (dp) d’une poulie pour courroies trapézoïdales multiples doit se situer au niveau de la couche neutre de la courroie une fois celle-ci montée sur la poulie et correctement tendue, comme illustré à la figure 5.
D’après la figure 5, on peut observer que la force agissant sur le diamètre primitif de la poulie est calculée à l’aide de l’équation suivante :
Le tableau 2 indique l’écart effectif entre les lignes △e dans la formule.
La vitesse circonférentielle (V) et le rapport de transmission (i) de la courroie sont principalement calculés à partir du diamètre de la circonférence primitive, selon l’équation suivante :
Où : dp1 est le diamètre de la circonférence primitive de la petite poulie, en millimètres ; n1 est la vitesse de rotation de la petite poulie, en tours par minute.
Dans l’équation, les indices 1 et 2 désignent respectivement la petite et la grande poulie.
Afin d’éviter des contraintes de flexion excessives dans la courroie pendant la transmission et de minimiser sa durée de vie, l’ISO a spécifié le diamètre effectif minimal (dmin) de chaque type de courroie, tel qu’indiqué dans le tableau 2.
En usinage, pour régler la profondeur de la gorge d’une poulie à courroies trapézoïdales multiples, le diamètre extérieur (d₂) de la tige de mesure (ou de la bille) insérée dans la gorge doit être déterminé comme indiqué sur la figure 6. La formule de calcul est : d₂ = d + 2K.
Où : k et d₉ désignent respectivement la valeur et le diamètre de la tige de mesure (bille), K et d₉ étant fournis dans le tableau 2.
Lorsque la poulie est fabriquée avec dₐ = d, alors d₂ = dₐ + 2K. L’écart limite pour d₂ est de ±0,13 mm.
III. Applications des entraînements par courroies trapézoïdales multiples
Les entraînements par courroies trapézoïdales multiples sont largement utilisés dans de nombreux secteurs industriels à l’étranger, notamment l’automobile, le textile, la chimie, la défense, les appareils électroménagers et le matériel de bureau. Les entraînements par courroies à nervures multiples constituent la solution la plus adaptée pour remplacer les entraînements par courroies trapézoïdales classiques sur des équipements comportant de nombreuses courroies trapézoïdales et soumis à de fortes charges d’impact. Cela concerne notamment les machines de découpe de chiffons, de déchets de fils et de tissus destinés aux tiges de chaussures ; les machines textiles lourdes et les pompes à piston. En outre, dans les transmissions où l’axe de l’arbre-roue est perpendiculaire au sol ou en position semi-croisée, le remplacement des entraînements par courroies trapézoïdales ou plates par des entraînements par courroies trapézoïdales multiples présente des avantages exceptionnellement marqués.
Les paramètres de fonctionnement des entraînements par courroies trapézoïdales multiples sont approximativement les suivants : vitesse de rotation n₁ = 200–10 000 tr/min ; puissance P₁ = environ 0,2 kW à 300 kW ; rapport de transmission i ≤ 10 ; le rendement de transmission est proche de celui des courroies plates, η ≈ 0,97.
Les courroies trapézoïdales multiples ont posé de nombreux problèmes en ce qui concerne leurs perspectives de développement en Chine. Le remplacement des nombreuses courroies trapézoïdales multiples vieillissantes équipant des machines importées constitue un problème particulièrement pressant. Non seulement la fabrication locale de courroies trapézoïdales multiples conformes permettrait d’économiser une importante somme de devises étrangères, mais elle favoriserait également l’adoption généralisée de la nouvelle technologie d’entraînement par courroie dans divers secteurs industriels. Cela contribuerait activement à la croissance et au développement de l’industrie chinoise de fabrication de courroies.