Que sont les charges radiales et axiales sur un réducteur de vitesse ?
Découvrez les charges radiales et axiales sur les réducteurs, leurs origines, comment calculer les forces sur les pignons et poulies, ainsi que les conseils pour bien choisir votre réducteur.
Qu'est-ce que la charge radiale et la charge axiale d'un réducteur ?
La charge radiale du réducteur et la charge axiale sont deux types de forces externes agissant directement sur l'arbre de sortie. Ce sont des paramètres à vérifier, au même titre que la puissance du moteur, le rapport de réduction et le couple, lors de la sélection d'un réducteur.
Un réducteur peut fournir un couple suffisant mais tomber rapidement en panne si les pignons, poulies, tambours ou mécanismes de charge génèrent des forces dépassant la capacité de charge de l'arbre et des roulements. Les conséquences courantes sont la surchauffe des roulements, les vibrations, l'augmentation du jeu, les fuites d'huile ou la déformation de l'arbre de sortie.
Qu'est-ce que la charge radiale d'un réducteur ?
La charge radiale du réducteur est une force agissant perpendiculairement à l'axe central de l'arbre de sortie. Le symbole couramment utilisé est FR.
Les termes équivalents incluent :
Radial load
Overhung load
OHL
Radial force
La charge radiale survient généralement lorsque l'arbre du réducteur est équipé de :
Pignons à chaîne
Poulies à courroie
Engrenages
Tambours
Roues
Mécanismes de transmission déportés par rapport aux roulements
Par exemple, lorsqu'un réducteur entraîne un convoyeur via un pignon à chaîne, la tension de la chaîne exercée sur le pignon crée une force latérale sur l'arbre. Si cette force est trop importante, l'arbre peut se plier et le roulement de sortie peut subir une surcharge.
Qu'est-ce que la charge axiale d'un réducteur ?
La charge axiale est une force agissant parallèlement à l'axe de l'arbre. Le symbole couramment utilisé est FA.
Les termes équivalents incluent :
Axial load
Thrust load
Axial force
La charge axiale peut apparaître dans :
Les vis sans fin
Les agitateurs générant une poussée
Les mécanismes de pressage ou de poussée
Les engrenages hélicoïdaux
Les engrenages coniques
Les arbres soumis à une traction ou une compression
Les accouplements mal alignés axialement
La force axiale agit directement sur les roulements de butée, l'arbre et les mécanismes de positionnement à l'intérieur du réducteur.
Comparaison entre charge radiale et charge axiale
Critère | Charge radiale | Charge axiale |
|---|---|---|
Symbole | FR | FA |
Direction d'action | Perpendiculaire à l'arbre | Parallèle à l'arbre |
Terme anglais | Radial load, overhung load | Axial load, thrust load |
Source | Pignons, poulies, engrenages, tambours | Vis sans fin, traction, poussée, engrenages hélicoïdaux |
Composants affectés | Arbre, roulements, joints d'étanchéité | Roulements de butée, arbre, mécanismes de positionnement |
Pourquoi la position de montage des pignons et des poulies est-elle si importante ?
La charge radiale dépend non seulement de l'amplitude de la force, mais aussi de la distance entre le point d'application de la force et le roulement de sortie.
Relation fondamentale :
Moment de flexion = Charge radiale × Distance d'application de la force
Plus le pignon ou la poulie est éloigné de l'épaulement de l'arbre, plus le moment de flexion est important. Par conséquent, pour une même charge, des méthodes de montage différentes peuvent modifier considérablement la durée de vie de l'arbre et des roulements.
Lors de l'installation, il convient de :
Placer le pignon ou la poulie le plus près possible de l'épaulement de l'arbre.
Ne pas laisser le moyeu dépasser trop loin de l'extrémité de l'arbre.
Tendre les courroies et les chaînes de manière appropriée.
Aligner concentriquement avant la mise en service.
Ne pas monter le pignon ou la poulie sur l'arbre en utilisant un marteau.
Ajouter un palier de support externe lorsque l'arbre est long ou la charge importante.
Calcul préliminaire de la force sur le pignon ou la poulie
La force tangentielle nécessaire pour transmettre le couple peut être estimée selon la formule :
Ft = 2T / d
Où :
Ft : force tangentielle, en N
T : couple sur l'arbre, en Nm
d : diamètre de travail, en m
Si le diamètre est saisi en millimètres :
Ft = 2 000 × T / d
Exemple de calcul de la force sur un pignon
Le réducteur présente les caractéristiques suivantes :
Couple de sortie : 200 Nm
Diamètre de travail du pignon : 200 mm
Force tangentielle :
Ft = 2 000 × 200 / 200 = 2 000 N
La valeur de 2 000 N est la force tangentielle nécessaire pour transmettre le couple. Il ne s'agit pas nécessairement de la charge radiale réelle agissant sur le roulement.
La charge réelle dépend également de :
La tension du brin tendu et du brin mou de la chaîne
La tension initiale de la courroie
Le poids du pignon, de la poulie ou du tambour
L'angle d'enroulement
Le nombre de dents du pignon
La charge par choc
La distance entre le point d'application de la force et l'épaulement de l'arbre
Après avoir déterminé la force réelle, il est nécessaire de la comparer avec les limites de charge admissibles du modèle de réducteur spécifique.
La charge radiale et la charge axiale peuvent-elles apparaître simultanément ?
Oui. Dans de nombreux mécanismes, l'arbre de sortie subit simultanément :
Un couple de torsion
Une charge radiale
Une charge axiale
Un moment de flexion
Une charge par choc
Une charge réversible
Lorsque FR et FA apparaissent en même temps, la capacité de charge du roulement peut être inférieure à celle observée dans le cas d'une force unique.
Il ne faut pas appliquer un rapport fixe entre la charge radiale et la charge axiale pour tous les réducteurs. La capacité de charge dépend de :
La taille du réducteur
Le diamètre de l'arbre
Le type et la taille des roulements
La distance entre les roulements
La position d'application de la force
La direction de traction ou de compression
La position de montage
La vitesse de sortie
La durée de fonctionnement
Le niveau de choc et d'inversion
Signes indiquant que la charge externe dépasse les limites
Lorsque les charges radiales ou axiales sont excessives, le réducteur peut présenter les symptômes suivants :
Surchauffe anormale des roulements
Vibrations à l'extrémité de l'arbre
Bourdonnements ou bruits de choc
Flexion de l'arbre de sortie
Augmentation du jeu en bout d'arbre
Excentricité du joint d'étanchéité
Fuites d'huile
Usure irrégulière des engrenages
Réduction de la durée de vie des roulements
Déformation ou rupture de l'arbre
Ces phénomènes sont souvent confondus avec un manque de lubrification ou une défaillance des engrenages. Cependant, la cause réelle peut provenir d'une charge externe excessive ou d'un élément de transmission monté trop loin de l'épaulement de l'arbre.
Quand utiliser un palier extérieur ?
Il est conseillé d'envisager l'ajout d'un palier extérieur lorsque :
Le tambour ou la poulie présente un poids important
Le pignon est situé loin de l'épaulement de l'arbre
L'arbre de charge est long
La courroie nécessite une tension élevée
La chaîne est soumise à des charges de choc
La machine effectue des inversions fréquentes
Le réducteur supporte directement la totalité de la charge
La charge radiale dépasse la capacité de charge des roulements de sortie
Le palier extérieur permet de transférer les efforts vers la structure de la machine, réduisant ainsi la charge directe sur l'arbre et les roulements du réducteur.
Le palier doit être aligné concentriquement avec l'arbre. En cas de montage excentré, le palier peut générer une charge supplémentaire au lieu de la réduire.
Comment réduire la charge radiale sur le réducteur
Les mesures suivantes peuvent être appliquées :
Augmenter le diamètre du pignon ou de la poulie si les conditions de la machine le permettent.
Placer l'élément de transmission près de l'épaulement de l'arbre.
Régler correctement la tension de la courroie et de la chaîne.
Utiliser un accouplement direct lorsque cela est approprié.
Installer un palier séparé pour le tambour, la poulie ou l'arbre long.
Réduire les charges de choc au démarrage.
Choisir un réducteur avec un arbre et des roulements plus dimensionnés.
Vérifier la concentricité entre le réducteur et l'arbre de la machine.
Ne pas laisser le réducteur supporter tout le poids du mécanisme de charge.
Recalculer les efforts lors du changement de diamètre du pignon ou de la poulie.
Informations à fournir pour la sélection d'un réducteur
Pour vérifier les charges radiales et axiales, il est nécessaire de déterminer :
La puissance et la vitesse du moteur
Le rapport de réduction
La vitesse de sortie
Le couple de charge
Le type de charge : uniforme, avec chocs ou inversée
Les éléments montés sur l'arbre
Le diamètre du pignon, de la poulie ou de l'engrenage
La distance entre le point d'application de la force et l'épaulement de l'arbre
La tension de la courroie ou de la chaîne
Le poids de la poulie ou du tambour
La charge axiale en traction ou en compression
Le type de montage : à pattes ou à bride
La durée de fonctionnement journalière
Le nombre de démarrages ou d'inversions
Pour les motoréducteurs et réducteurs DSK, Nara Samyang ou NK, il est nécessaire de choisir en fonction du modèle, des dimensions de l'arbre et des conditions d'installation réelles.
Questions fréquentes
Les pignons et chaînes génèrent-ils une charge radiale ?
Oui. La tension de la chaîne s'exerce sur le pignon et crée une force perpendiculaire à l'arbre de sortie du réducteur.
Les poulies à courroie affectent-elles les roulements du réducteur ?
Oui. Une courroie trop tendue ou une poulie montée trop loin de l'épaulement de l'arbre augmente la charge radiale et le moment de flexion, provoquant une surchauffe ou une usure prématurée des roulements.
Les accouplements génèrent-ils une charge radiale ?
Un accouplement correctement aligné génère généralement une charge externe négligeable. Cependant, un désalignement parallèle, angulaire ou une contrainte axiale peut augmenter la charge sur l'arbre et les roulements.
L'augmentation du diamètre du pignon permet-elle de réduire la charge ?
À couple constant, l'augmentation du diamètre primitif du pignon réduit la force tangentielle nécessaire. Toutefois, il est impératif de vérifier la vitesse de la chaîne, les dimensions de montage et la charge totale du mécanisme.
Quelle charge axiale un réducteur peut-il supporter ?
Il n'existe pas de valeur universelle pour tous les réducteurs. La capacité de charge dépend du modèle, du type d'arbre, de la conception des roulements, de la position de montage, de la direction de la force et des conditions de fonctionnement.
Le choix d'un réducteur basé uniquement sur le couple est-il suffisant ?
Non. En plus du couple, il est nécessaire de vérifier la charge radiale, la charge axiale, le facteur de service, la vitesse, le point d'application de la force et la durée de fonctionnement.
MDriveTech : conseils pour le choix des réducteurs
MDriveTech vous accompagne dans le choix des motoréducteurs et réducteurs DSK, Nara Samyang et NK pour :
Convoyeurs
Convoyeurs à vis
Agitateurs
Machines d'emballage
Tambours d'enroulement
Équipements de levage
Systèmes de transmission industrielle
Pour une vérification précise, les clients doivent fournir des photos de la machine, la plaque signalétique du moteur, la vitesse de sortie, le couple de charge, les dimensions du pignon ou de la poulie, ainsi que le plan de la position de montage.
Hotline : 0868 789 647
Email : [email protected]
Conclusion
La charge radiale s'exerce perpendiculairement à l'arbre, tandis que la charge axiale s'exerce parallèlement à l'axe central de l'arbre. Toutes deux affectent directement les roulements, l'arbre, les joints d'étanchéité et la durée de vie du réducteur.
Lors du choix d'un réducteur, ne vous limitez pas à la puissance, au rapport de réduction et au couple. Il est essentiel de déterminer les charges externes, la position de montage du pignon ou de la poulie, la distance par rapport à l'épaulement de l'arbre et les conditions réelles de fonctionnement pour sélectionner le modèle approprié.
