Descriptif technique Série 0.100

CARDANS

Descriptif technique Série 0.100 Descriptif technique Série 0.100 Les arbres articulés universels ELBE se composent selon l exécution d éléments à fourche, croisillons, roulements à rouleaux ou à aiguilles, manchons télescopiques et tubes en acier de précision. Les éléments à mâchoire sont obtenus par estampage, les croisillons par extrusion à froid ou estampage. Les pièces brutes sont ensuite usinées par enlèvement de copeaux. Les points fortement sollicités des arbres articulés sont soumis à un traitement thermique en vue d obtenir une combinaison optimale de dureté et résistance. Puis les croisillons et les emplacements de paliers subissent une rectification. Les éléments à mâchoire devant recevoir les coussinets des roulements à rouleaux ou à aiguilles sont pourvus de trous de fixation. Les moyeux des manchons télescopiques sont brochés et les cannelures de l arbre obtenus par étirage. S il s avère indispensable de réduire le plus possible les efforts axiaux d un arbre articulé, les cannelures peuvent être revêtues d une matière synthétique de haute qualité. Le procédé de fabrication par étirage des cannelures de l arbre a l avantage de ne pas rompre le sens des fibres. On obtient en même temps un durcissement superficiel, une force portante élevée et par conséquent une plus faible usure des flancs cannelés par rapport aux profils fraisés. Lors du montage des arbres articulés, les coussinets des roulements et donc les croisillons de joint sont arrêtés par des circlips. Selon les besoins du clients, le graissage se fait avec une graisse haute température, une graisse longue durée ou une graisse basse température. Il faut distinguer deux modes de lubrification : a) Graissage centralisé : Graisseur intérieur sur croisillon. La graisse est amenée aux différents coussinets par canaux. b) Graissage extérieur : Le graissage extérieur se situe sur l un des coussinets. Là également, la graisse est répartie par des canaux. Comme déjà mentionné, il existe deux types de roulements : a) à rouleaux b) à aiguilles Avantage du roulement à rouleaux : facteur de durée de vie 2-3 par rapport au roulement à aiguilles, le couple de rotation demeurant le même. Les roulements à rouleaux sont pourvus d un joint d étanchéité supplémentaire qui protège très efficacement contre la rentrée des poussières et de l humidité, ce qui les prédestine aux applications sévères, c. à d. exposition à la boue, aux poussières, au sable et à l humidité. Après le montage, les arbres articulés subissent un équilibrage dynamique. Cette opération garantit l absence de vibrations gênantes et susceptibles de provoquer des dégâts sur des éléments de construction. Caractéristiques techniques générales de la série 0.100 : désalignement maxi : 35 gamme de couple : 190 Nm à 24.700 Nm accouplement par bride ou moyeu. Pour des informations détaillées, prière de consulter les tableaux sur les pages suivantes. 3

Cardans Séries 0.100 4

Dimension 0.105 Md Nom 190 Nm Md Lim 250 Nm 5

Dimension 0.109-0.122 Md Nom 1700-26750 Nm Md Lim 2200-35000 Nm 29

Dimension 0.107-0.110 Md Nom 920-2300 Nm Md Lim 1200-3000 Nm 30

Eléments constitutifs, pièces de rechange et accessoires Séries 0.100 Eléments constitutifs, pièces de rechange et accessoires pour arbres articulés et joints universels de la série 0.100 Sur les quatre pages suivantes, vous trouverez des vues éclatées des arbres articulés les plus courants indiquants le type de construction et la désignation des pièces détachées. Ces illustrations vous permettront d'identifier facilement les pièces de rechange nécessaires et d établir la commande. Nous vous signalons cependant qu en règle générale les pièces détachées ne sont pas fournies isolément, mais qu'elles sont regroupées sous forme de jeux de rechange. Il n est pas conseillé de remplacer uniquement le coussinet d un palier de joint défectueux ; il faut remplacer tous les éléments constitutifs du croisillon. Il en est de même pour l'élément coulissant, car l arbre cannelé et le moyeu cannelé sont exposés à la même usure. Après assemblage, les arbres articulés subissent un équilibrage dynamique. La qualité de l équilibrage assure un fonctionnement sans vibrations. Lorsque les pièces usées sont remplacées sur des arbres articulés tournant à grande vitesse, il est nécessaire de les rééquilibrer ultérieurement. Dans le cas de vitesses de rotation modérées, un rééquilibrage des arbres articulés remis en état n est pas nécessaire. La vitesse limite, selon la taille, le type et l utilisation, est comprise entre 500 et 800 tr/min. Sur demande, nous vous enverrons volontiers les instructions de préparation pour l échange des blocs croisillons sur arbres articulés et joints universels. Les ensembles et jeux de rechange les plus importants avec leurs numéros de référence et cotes de fixation figurent en pages 36-62. Il convient de prendre en considération à propos des blocs croisillons que seules les tailles conçues pour désalignement important sont équipées d une rondelle de butée (repère 15 de la vue éclatée). Il faut donc se reporter aux indications respectives qui précisent pour chaque type s il s agit d une exécution standard, exécution à graissage extérieur, etc. Cette remarque s applique également aux autres unités. 31

Eléments constitutifs, pièces de rechange et accessoires Séries 0.100 32

Fixation par brides 60

Contre-brides 61

Brides Liaison par denture frontale 62

Directives d application Méthodes de calcul 6 Caractéristiques de base pour le dimensionnement des arbres articulés universels Le dimensionnement exact d un arbre articulé universel suppose la prise en considération de divers facteurs et influences. Des règles générales exactes de dimensionnement ne peuvent être données en raison du grand nombre d applications réalisables. Par conséquent, les informations ci-après servent à déterminer tout d abord la taille approximative. En cas de doute, nous vous conseillerons pour l application envisagée et nous vous prions de nous consulter. 6.1 Couples de rotation En général, les couples de rotation maxi admissibles Md max indiqués pour chaque dimension de joint ne s appliquent que pour des périodes de pointe de courte durée. Le couple de rotation continu admissible sera déterminé pour chaque cas en fonction des autres caractéristiques d utilisation, comme chocs, désalignement, vitesse de rotation, etc. (voir aussi 6.2 et 6.3). 6.2 Chocs, à-coups Selon le type d entraînement et l utilisation spécifique, l arbre articulé peut être exposé à des efforts sensiblement supérieurs au couple de rotation nominal. Des facteurs d irrégularité doivent donc être pris en considération. Ci-après, nous nous indiquons les facteurs applicables aux éléments moteurs les plus courants : Eléments moteurs avec accoupl. sans accoupl. élast. élast. Turbine ou moteur électrique 1 1 bis 1,5 Moteur à 4 cylindres ou plus 1,25 1,75 Moteur à 1-3 cylindres 1,5 2 Moteur diesel à 4 cylindres ou plus 1,5 2 Moteur diesel à 1-3 cylindres 2 2,5 Bien entendu, dans beaucoup de cas non seulement l élément menant, mais aussi l élément mené provoque des efforts axiaux. Des données de valeur générale ne peuvent cependant être indiquées en raison du nombre de réalisations possibles. 6.3 Détermination de la durée de vie En général, les paliers des axes de joints représentent le facteur déterminant dans la durée de vie d un arbre articulé. Pour cette raison, il est conseillé de déterminer la dimension du joint à l aide du diagramme de durée de vie ci-après. Ce diagramme permet de : a) déterminer la durée de vie théorique de l arbre articulé choisi en fonction des caractéristiques d utilisation, etc. b) sélectionner la dimension appropriée pour une durée de vie donnée. Pour les machines ou véhicules à conditions d utilisation variables, déterminer tout d abord les valeurs individuelles de durée de vie à l aide du diagramme, puis déterminer la durée de vie globale L hr comme suit : q 1, q 2... = coefficient d utilisation [%] L h1, L h2... exprimé en 10 3 [Hours] L hr = 100 000 q 1 + q2 +... + q n L h1 L h2 L hn [hr] 6.4 Diagramme de durée de vie En raison des cas d applications multiples, il n est pas possible de déterminer par essais le choix d un arbre articulé pour une utilisation envisagée. Sélection et vérification de la dimension requise sont par conséquent déterminées par le calcul. Les méthodes de calcul appliquées sont basées sur la détermination de la capacité dynamique de roulements à rouleaux et à aiguilles suivant le recommandation ISO R 281. Les diagrammes de durée de vie figurant dans le catalogue sont établis sur la base de cette recommandation et une formule applicable aux arbres articulés, permettant de calculer la durée de vie nominale. La durée de vie ainsi obtenue donne le nombre d heures d utilisation atteint ou dépassé par 90 % d un grand nombre de paliers de joints d un même type. Il existe également des méthodes permettant de déterminer la durée de vie corrigée. Des facteurs variables influant sur la durée de vie sont pris en considération, comme la qualité du matériau et le milieu de fonctionnement. L état actuel de la technique interdit cependant de juger du comportement des différentes nuances d acier (structure, dureté, impuretés) en liaison avec la durée de vie. Pour cette raison, les normes internationales ne contiennent pas encore de directives à ce sujet. De même, il faudrait prendre en considération tous les facteurs d utilisation comme la température de fonctionnement, périodicité de graissage, graisse utilisée et le degré de viscosité. Ces facteurs pouvant varier considérablement d un cas particulier à l autre, il n est pas possible d établir un diagramme de durée de vie corrigée et d établir un diagramme universellement valable. Les deux diagrammes de durée de vie suivants vous permettront de chiffrer approximativement la durée de vie nominale. Si le désalignement est inférieur à 3, prenez comme base ß = 3 pour ne pas fausser le résultat. Dans le cas où la durée de vie doit être déterminée de façon plus précise, faites appel aux techniciens de la Société FOGEX. Multiplier le couple d entraînement nominal par le coefficient relatif à l élément moteur et inscrire la valeur ainsi obtenue M d dans le diagramme ci-après. D autres facteurs tels que les coefficients de correction ou de désalignement peuvent être négligés car ils ont déjà été pris en considération dans le diagramme. 63

6.5 Diagramme de durée de vie pour roulement à aiguilles Nombre tours n (min -1 ) ❽ Exemple Arbre articulé universel 0.113 Couple de rotation M d = 800 Nm Désalignement ß = 5 Nombre de tours n = 1000 min -1 Durée de vie = 6900 heures Marche à suivre Couple de rotation Dimension joint Désalignement Nombre de tours ➈ Durée de vie 64

Directives d application Méthodes de calcul 6.6 Diagramme de durée de vie pour roulement à rouleaux Nombre tours n (min -1 ) ❽ Exemple Arbre articulé universel 0.113 Couple de rotation M d = 2000 Nm Désalignement ß = 5 Nombre de tours n = 1000 min -1 Durée de vie = 7000 heures Marche à suivre Couple de rotation Dimension joint Désalignement Nombre de tours ➈ Durée de vie 65

6.7 Vitesse de rotation et désalignement L application de mesures appropriées permet d obtenir un mouvement uniforme de sortie sur l arbre articulé. La partie centrale cependant effectue un mouvement non uniforme et supporte deux fois par tour un mouvement d accélération et de décélération. Le moment d accélération qui en résulte est fonction du moment d inertie de la partie centrale de l'arbre articulé ainsi que du nombre de rotations et du désalignement. Pour obtenir un fonctionnement silencieux et une usure réduite, le produit du nombre de tours et du désalignement ne doit donc pas être trop important. Dans la mécanique générale, les valeurs indicatives peuvent directement être tirées du diagramme ci-dessous qui se réfère à des arbres articulés à tube standard jusqu à une longueur totale de 1500 mm env. Dans le cas de transmissions sur véhicules, ces valeurs indicatives sont souvent dépassées ; pour cette utilisation, les valeurs maxi admissibles peuvent atteindre 1,5 fois celles du diagramme. 6.8 Vitesse de rotation critique Lors de la transmission d un couple de rotation, la partie centrale de l arbre articulé est soumise à un effort de flexion périodiquement variable par le moment additionnel M ZII. La partie centrale se met ainsi à vibrer. Dans le cas où la fréquence de ces vibrations avoisine la fréquence propre de l arbre articulé, cela implique une sollicitation extrême de tous les éléments, le flambage de l arbre et un accroissement du niveau sonore. Pour éviter ces perturbations, il est nécessaire de détecter les vitesses critiques à la flexion des arbres longs tournant à grande vitesse. La vitesse critique de rotation d un arbre articulé de conception tubulaire peut être déterminée par approximation : n kr ² 1,21. 10 8 - D 2 + d 2 [min -1 ] L 2 D = Ø ext. tube [mm] d = Ø int. tube [mm] L = long. partie centrale [mm] 66

Directives d application Méthodes de calcul Les arbres articulés sont uniquement utilisés pour des gammes inférieures au point critique. Pour des raisons de sécurité, il est impératif de s assurer que l écart entre les vitesses d utilisation maxi et la vitesse critique soit suffisant. La formule suivante est applicable : vitesse d utilisation maxi n max ² 0,65. n cr 6.9 Diamètres de tube plus important [RPM] Comme il ressort de la formule de vitesse de rotation, la vitesse critique à la flexion d un arbre articulé dépend uniquement des dimensions du tube et de la longueur de la partie centrale. L utilisation d un diamètre de tube plus important permettra donc d accroître la vitesse critique d un arbre articulé. Le dimensionnement plus important a cependant ses limites car une certaine relation doit exister entre les dimensions du tube et la taille du joint. Les dimensions de tubes sont indiquées dans le tableaux de cotes des divers types d arbres articulés. Dans tous les cas où un arbre articulé d une pièce ne suffit plus, des arbres montés en série avec palier intermédiaire devront être utilisés. Il convient de prendre en considération que des diamètres de tube plus importants ne sont réalisables qu à partir d une certaine longueur d arbre. Les longueurs mini mentionnées ci-après ont une valeur indicative : Diamètre bride [mm] Jusqu à 65 75 à 100 120 à 180 Longueur mini S [mm] 650 950 1250 6.10 Abaque de sélection des tubes permettant de calculer le diamètre du tube nécessaire pour une vitesse de rotation d utilisation maxi donnée n max et d une longueur de la partie centrale L. Exemple : long. partie centrale L = 1600 mm donne un diamètre de tube de 700 mm vitesse d utilisation maxi n max = 3000 RPM} 67

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