EN
Les types de courroies de transmission connaissant la croissance la plus rapide ces dernières années sont les courroies trapézoïdales à bords découpés, les courroies à nervures multiples (figure 2) et les courroies synchrones (figure 3). Les courroies trapézoïdales à bords découpés offrent un rendement de transmission supérieur, une capacité de transmission de puissance élevée, une longue durée de vie et des économies d’énergie importantes par rapport aux courroies trapézoïdales gainées. En plus des avantages des courroies trapézoïdales à bords découpés, les courroies à nervures multiples allient également la souplesse des courroies plates, des rapports de transmission élevés et des performances à grande vitesse. Les entraînements par courroie synchrone constituent une combinaison d’entraînements par courroie, par chaîne et par engrenage. Ces courroies trouvent ainsi un nombre sans cesse croissant d’applications, une tendance qui se poursuivra à l’avenir dans le développement des courroies de transmission.
Les procédés de production et les équipements de fabrication des courroies trapézoïdales, des courroies à nervures multiples et des courroies synchrones de pointe sont fondamentalement similaires ; la seule différence réside dans certaines étapes spécifiques et dans les phases ultérieures de traitement. La fabrication comprend les opérations suivantes : préparation des composants (extrusion de feuilles, assemblage de feuilles chargées de fibres courtes, couture de tissu élastique en nylon, découpe de tissu), assemblage, vulcanisation, meulage, découpe et contrôles qualité (aspect, dimensions, performances).
2.1 Construction
Les machines de fabrication à un seul tambour construisent généralement des courroies trapézoïdales à bords coupés, des courroies à nervures multiples et des courroies synchrones. Afin d’éliminer l’effet de torsion du câble de traction dans les courroies synchrones, deux systèmes de tension distincts sont nécessaires pour poser simultanément des câbles présentant des sens de torsion différents (c’est-à-dire des torsions « S » et « Z »). Plusieurs fabricants chinois, au cours des premières années, ont importé des machines de fabrication de la société allemande SCHOLZ. À cette époque, ils avaient tendance à importer des machines de fabrication polyvalentes (machines universelles), en raison des considérations liées à l’investissement. Ces machines permettent de fabriquer des courroies trapézoïdales enveloppées, des courroies trapézoïdales à bords coupés, des courroies à nervures multiples et des courroies synchrones, ainsi que de découper des gaines protectrices et d’effectuer le meulage de la face arrière des courroies synchrones. et des courroies trapézoïdales et des courroies synchrones de pointe. La machine comporte un entraînement principal, un tambour de fabrication, un tambour de découpe, une unité de découpe, une unité de meulage, une contre-pointe, un dérouleur à quatre stations (bandes), une unité de pose de câbles, un dérouleur de câbles à deux stations et un système de commande électrique.
En intégrant ou en différenciant certaines fonctions de la machine polyvalente de fabrication de courroies trapézoïdales, des équipements spécialisés ont été créés, notamment des machines de meulage/découpe dotées des fonctions de découpe et de meulage arrière, ainsi que des machines de fabrication monofonctionnelles, des machines de découpe et des machines de meulage arrière. Ces machines possèdent structurellement la même conception : elles conservent essentiellement les composants fonctionnels nécessaires et éliminent ceux qui ne sont pas requis sur la machine polyvalente de fabrication de courroies trapézoïdales.
En Chine, la société Qingdao Yilida n’est pas la seule entreprise à avoir entrepris et mené à bien avec succès le projet national de sciences et technologies connu sous le nom du Neuvième Plan quinquennal ; d’autres fabricants produisent également des machines de fabrication de courroies trapézoïdales, de courroies à nervures multiples et de courroies synchrones à haute technologie. Leur principe de fonctionnement est assez similaire, et leurs produits sont soit simples, soit sophistiqués, selon le niveau des exigences des utilisateurs.
2.2 Vulcanisation
Les courroies trapézoïdales à tranchant coupé, les courroies synchrones et les courroies multi-gorges sont vulcanisées de la même manière que les courroies trapézoïdales gainées, à l’aide d’autoclaves de vulcanisation, et toutes peuvent être vulcanisées dans des autoclaves de vulcanisation verticaux à manchon en caoutchouc. Selon le mode de pressurisation, il existe deux types d’autoclaves à manchon en caoutchouc : ceux à chauffage et pressurisation par vapeur, et ceux à chauffage par vapeur avec pressurisation à l’eau. Actuellement, aussi bien les autoclaves importés que les autoclaves DLT fabriqués localement sont du type à chauffage et pressurisation par vapeur. Ils utilisent un contrôle PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé), offrent une grande précision de régulation de la température, une haute efficacité de production et une excellente qualité des produits, mais nécessitent une chaudière à vapeur à moyenne ou haute pression.
2.3 Découpe des courroies trapézoïdales à tranchant coupé
2.3.1 Découpe sur tambour simple
Dans la découpe à simple tambour, on utilise une machine à découper à simple tambour, notamment la machine multifonctionnelle de fabrication de courroies trapézoïdales décrite ci-dessus. Un manchon de protection doit être découpé au préalable sur un tambour expansible, puis rectifié pour obtenir une forme parfaitement ronde. Ce manchon est ensuite découpé en courroies trapézoïdales distinctes à bords coupés à l’aide de deux couteaux circulaires. La section transversale de la courroie est homogène et la capacité de production est élevée. Toutefois, le coût du tambour expansible est élevé, et la réalisation du manchon de protection est une opération laborieuse et chronophage.
2.3.2 Découpe à double tambour
Dans la découpe à double tambour, une machine à découper à double tambour est utilisée pour découper la gaine de courroie vulcanisée en courroies individuelles, conformément aux normes de largeur et d'angle. Cette technique a été initialement inventée par Berstorff en Allemagne. Un certain nombre d’usines chinoises, notamment à Shanghai et à Kaifeng, ont successivement importé ce type de machines depuis l’Allemagne. Ce genre d’équipement a été développé par des entreprises nationales telles que Qingdao Yilida, Qingdao Moson et Shaoxing Junma. La machine à découper à double tambour se compose d’un entraînement principal, d’un tambour de découpe, d’un tambour de tension, d’un dispositif de découpe et d’un système de commande. Les courroies dont la circonférence intérieure varie de 680 à 3000 mm peuvent être découpées en réglant la distance entre le tambour de tension et le tambour de découpe. La machine à découper à double tambour ne nécessite ni tambour expansible ni manchon de protection pour la découpe, ce qui réduit les investissements en équipements. Toutefois, sa précision de découpe est moindre, et les courroies découpées doivent faire l’objet d’une mesure de longueur et d’un usinage.
2.4 Meulage des courroies à nervures multiples
La gaine de courroie multi-gorges vulcanisée est façonnée pour obtenir sa surface gorgée à l’aide d’une machine à meuler les courroies multi-gorges. Selon le mode de traitement, ces machines peuvent être classées en machines à meuler les courroies multi-gorges à simple courroie et en machines à meuler les gaines complètes multi-gorges.
2.4.1 Meulage des courroies multi-gorges à simple courroie
La machine à meuler les courroies multi-gorges à simple courroie est composée d’une unité de meulage, d’une poulie motrice, d’une poulie de tension et d’un système de commande électrique. La courroie brute est découpée à la largeur requise, placée autour de la poulie motrice et tendue par la poulie de tension ; la meule, profilée spécifiquement, effectue le meulage de la courroie à grande vitesse. Cette machine permet de meuler les gorges des courroies multi-gorges PJ, PK et PL dont la circonférence varie de 600 à 2500 mm et la largeur est inférieure à 30 mm, à une vitesse linéaire de meulage de 30 m/s.
2.4.2 Meulage des gaines complètes multi-gorges
Le principe de la machine de meulage à courroie à manchon complet et à nervures multiples est le suivant : le manchon de courroie vulcanisé, accompagné de son moule, est fixé sur l’arbre principal de la machine de meulage et tourne avec lui. Une fois qu’une section a été meulée, l’unité de meulage est déplacée transversalement d’une distance précise afin de procéder au meulage de la section suivante, jusqu’à ce que l’ensemble du manchon de courroie ait été meulé. La machine de meulage à courroie à nervures multiples est une machine à manchon complet, plus efficace en production et offrant une meilleure précision dimensionnelle de ses produits que la machine à simple courroie. Toutefois, elle exige une plus grande précision au niveau des équipements, des moules et des systèmes de commande, ce qui implique un investissement plus important en équipements. Cette machine peut également servir à meuler la face arrière des courroies synchrones.
3. Inspection
L’inspection globale des courroies de transmission couvre les aspects suivants : aspect extérieur (dimensions de la section transversale, longueur), propriétés physiques et mécaniques, ainsi que performances dynamiques (puissance transmise et durée de vie en fatigue).
3.1 Mesurage de la longueur
Depuis la réforme et l'ouverture de la Chine, les normes chinoises relatives aux courroies d'entraînement ont été successivement révisées et établies sur la base des normes internationales et européennes/américaines. La longueur des courroies d'entraînement est désormais réglementée selon le système de référence (datum) et le système effectif, et non plus selon le système de circonférence intérieure, utilisé en Chine pendant plusieurs décennies. Des équipements spécialisés de mesure de longueur sont donc nécessaires. À partir du milieu des années 1980, l’Institut de conception et de recherche aéronautique de Shanghai a conçu une machine de mesure de la longueur des courroies trapézoïdales automobiles afin de répondre aux exigences liées à l’élaboration de la norme relative aux dimensions des courroies trapézoïdales automobiles. Lorsque la nouvelle norme relative aux courroies trapézoïdales est entrée en vigueur en Chine, cette machine de mesure de la longueur des courroies trapézoïdales est devenue un équipement obligatoire pour les fabricants.
Les machines d’essai de longueur de courroies synchrones exigent des performances plus précises et adoptent généralement une méthode de mesure relative. L’usine de caoutchouc de Wuxi avait importé une machine d’essai de longueur de courroies synchrones de SCHOLZ, en Allemagne. SEU et QINGDAO MOSON conçoivent également ce type de machines d’essai.
3.2 Durée de vie en fatigue
Les essais de durée de vie en fatigue peuvent être classés en méthodes sans couple et avec couple ; la première est connue sous le nom d’essai de flexion. Un appareil d’essai sans couple a été développé afin de s’adapter à la nouvelle norme chinoise relative aux courroies trapézoïdales (GB1174-96). Pendant l’essai, la courroie ne transmet aucune puissance, ses faces intérieure et extérieure ne glissent pas par rapport à la poulie, et sa tension interne ne varie pas lors de la rotation de la poulie. Cet essai permet uniquement de simuler la flexion de la courroie lorsqu’elle passe sur une poulie, de compter le nombre de flexions et de mesurer l’allongement. Cet essai nécessite généralement 5 à 7 jours pour être mené à terme, ou bien l’on peut accélérer le taux d’usure en réduisant le diamètre de la poulie ou la tension initiale. Cette méthode présente une faible corrélation avec les conditions réelles de fonctionnement des courroies de transmission. Elle convient davantage au contrôle qualité.
Les méthodes basées sur le couple permettent de déterminer de façon complète et relativement précise la qualité de la courroie de transmission en un court laps de temps. Des machines étrangères d’essai de durée de vie en fatigue des courroies trapézoïdales automobiles ont été importées en Chine par les fabricants de Guiyang, de Wuxi et de Kaifeng. Les machines d’essai de durée de vie en fatigue des courroies trapézoïdales automobiles utilisées anciennement par l’usine n° 2 des produits en caoutchouc de Shanghai avaient été conçues, pendant un certain temps, par l’Institut de technologie de Harbin. Un fabricant de Wuxi a importé une machine d’essai de durée de vie en fatigue des courroies automobiles à nervures multiples, qui possède également des performances d’essai de durée de vie en fatigue à haute température.
Les machines d’essai de durée de vie en fatigue des courroies automobiles synchrones sont peu utilisées en Chine. Wang Jiemin a conçu la machine d’essai de durée de vie en fatigue des courroies automobiles synchrones pour l’usine de Liaoyang Jidai, sur la base du brevet « dispositif d’essai dynamique polyvalent pour courroies de transmission » (numéro de demande de brevet : 99258441), qui est conforme à la norme GB/T 18183-2000 (équivalente à l’ISO 10917:1995) intitulée « Méthode d’essai de la durée de vie en fatigue des courroies automobiles synchrones ». Elle permet d’effectuer des essais de fatigue par pulvérisation d’eau à haute température.
Comme le marché automobile chinois ne cesse de s’étendre et que les performances des véhicules se sont considérablement améliorées, les exigences relatives aux performances des courroies automobiles synchrones deviennent de plus en plus élevées. La tâche consistant à accélérer le développement, la production et la diffusion en Chine des machines d’essai de durée de vie en fatigue des courroies automobiles synchrones revêt donc une importance capitale.
4. Perspectives
Situation et perspectives des équipements de fabrication de courroies de transmission en Chine (2005)
Bien que la fabrication des courroies de transmission ait été fortement stimulée au fil des années par l’importation, l’imitation, l’assimilation et le développement indépendant, ce qui reflète dans une certaine mesure le niveau actuel de développement de l’industrie nationale des courroies de transmission, un écart subsiste toutefois par rapport aux fabricants étrangers. Les principaux constats sont les suivants :
(1) Le niveau de fabrication des courroies de transmission au sein du secteur présente des écarts importants ; les équipements sont rudimentaires et les produits de mauvaise qualité nuisent gravement au développement sain du marché des courroies de transmission, notamment à la promotion et à l’application des nouvelles courroies.
(2) En matière de précision, de niveau d’automatisation, d’intégration mécatronique et d’adoption de nouvelles techniques, les équipements de fabrication nationaux accusent encore un retard par rapport à ceux des fabricants étrangers.
(3) L'équipement de fabrication de certains types de courroies de transmission n'est pas produit par l'industrie nationale : équipement de fabrication et technologies de procédé pour les courroies crantées moulées, les courroies de transmission crantées bidirectionnelles, les courroies de transmission à liaison par réaction injectée, les courroies de transmission renforcées par des fibres courtes, les courroies de transmission crantées hélicoïdales (ou en chevrons) et les courroies pour variateurs continus (CVT).
(4) Quasiment aucun droit de propriété intellectuelle indépendant dans certains domaines. Des entreprises étrangères spécialisées dans la fabrication avancée détiennent des brevets sur ces technologies et cet équipement. Depuis l'adhésion de la Chine à l'OMC et le renforcement de la protection de la propriété intellectuelle, le développement durable et la compétitivité internationale de l'industrie chinoise des courroies de transmission sont fortement limités.
(5) Anciennes méthodes d’essai et d’inspection. Les grands fabricants étrangers se concentrent sur la recherche et le développement en matière de performance et de contrôle qualité ; certains ont même mis au point des essais en ligne automatisés. Les grandes entreprises étrangères disposent de plus d’une centaine de machines d’essai dynamique, utilisées pour des tests intégrés sous plusieurs angles, chacune appliquant sa propre méthode d’essai. Toutefois, parmi les fabricants nationaux limités, une ou deux machines d’essai de durée de vie en fatigue sont en panne.
Compte tenu de l’ensemble des faits mentionnés ci-dessus, l’auteur estime que la tendance future du développement de la fabrication d’équipements pour courroies de transmission devrait être la suivante :
(1) Améliorer davantage la précision, la fiabilité et le niveau d’automatisation des équipements de fabrication actuels, en exploitant de nouvelles techniques informatiques afin de permettre une interaction homme-machine.
(2) Développer urgemment des équipements nationaux de fabrication, tels que les machines de moulage de courroies crantées multi-gorges, les presses de vulcanisation rotatives pour courroies trapézoïdales et les équipements de fabrication de courroies crantées à double sens.
(3) Renforcer la recherche et le développement de nouvelles techniques et de nouveaux équipements, tels que les courroies de transmission à liaison réactive par injection, les courroies de transmission renforcées par des fibres courtes, les courroies de transmission crantées hélicoïdales (en chevrons), les courroies trapézoïdales en élastomère thermoplastique et les courroies pour variateurs continus (CVT).
(4) Localiser les équipements d’essai, améliorer la fiabilité des machines d’essai, notamment en développant des machines d’essai pour courroies multi-gorges à haute température, des machines d’essai de durée de vie en fatigue des courroies synchrones automobiles avec pulvérisation d’eau à haute température, ainsi que des machines d’essai de durée de vie en fatigue des courroies CVT pour motocyclettes.
(5) Les fabricants dont les conditions le permettent devraient activement développer leurs propres technologies et équipements de production.