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En construction mécanique, la transmission à cardan joue un rôle important dans le transfert du couple et de la rotation entre des arbres dont les axes ne coïncident pas et peuvent présenter un angle. Ces systèmes sont utilisés de l'automobile aux équipements lourds. Cet article examine la construction, le principe, les applications et l'importance de l'arbre pour les entraînements mécaniques.
Construction
Un joint de cardan comprend deux mâchoires reliées par une pièce intermédiaire : le croisillon. Les mâchoires relient les éléments menant et mené ; le croisillon permet la mobilité nécessaire en présence d'un décalage angulaire. Mâchoires et croisillons sont généralement fabriqués dans des matériaux résistants, comme l'acier, selon les charges de couple et de rotation. L'arbre réunit les joints et ses propres composants en un seul ensemble d'entraînement.
Principe de fonctionnement
Le joint de cardan transmet le couple entre des axes inclinés. Lorsque l'élément menant tourne, le croisillon change de position et transmet le mouvement à l'élément mené. L'articulation accepte une variation d'angle. La régularité de rotation exige une conception et un positionnement corrects des joints : un joint simple ne garantit pas, à lui seul, une vitesse angulaire constante lorsque l'angle de fonctionnement est non nul.
Applications dans différents secteurs
Les arbres sont largement utilisés grâce à leur capacité à transmettre la puissance en tenant compte de la disposition des organes :
- Automobile : Dans les véhicules à propulsion ou à transmission intégrale, ils relient la transmission à l'essieu moteur, transmettent le couple et acceptent les mouvements de suspension, notamment sur terrain irrégulier.
- Machines lourdes : Les engins de construction, miniers et agricoles exigent un transfert de puissance entre des organes éloignés. Les arbres relient moteurs, réducteurs et mécanismes entraînés.
- Production industrielle : Ils sont utilisés dans les pompes, compresseurs, convoyeurs et autres équipements où la position relative des éléments doit être prise en compte.
- Propulsion navale : Ils transfèrent la puissance du moteur à l'arbre d'hélice en acceptant d'éventuelles variations de position des organes.
Importance en construction mécanique
Plusieurs caractéristiques contribuent à la fiabilité des équipements :
- Mobilité de la liaison : Les joints acceptent un angle. Les conceptions équipées d'une liaison télescopique ou cannelée appropriée peuvent aussi compenser les déplacements axiaux et les variations de distance.
- Transmission du couple : L'arbre transmet le couple entre des composants présentant différents angles et permet diverses implantations de l'entraînement.
- Maîtrise des vibrations : Une transmission bien choisie, installée et équilibrée contribue à réduire les charges et vibrations supplémentaires dues à un mauvais positionnement. Cela importe pour la durée de vie et le confort d'utilisation.
L'arbre de transmission dans les systèmes de puissance
L'arbre est un ensemble mécanique qui relie des composants tournants dont les axes ne coïncident pas et transmet la puissance sous un angle de travail. Le nom de la transmission à cardan est associé au mathématicien et ingénieur italien Gerolamo Cardano, qui vécut au 16e siècle. Ces transmissions ont ensuite trouvé des applications dans les automobiles, trains, navires et machines lourdes.
Les conceptions courantes utilisent deux joints de cardan. Chacun comporte un croisillon à quatre tourillons montés dans les roulements des mâchoires. L'articulation permet de modifier l'angle entre les éléments tout en transmettant la rotation.
Le premier et le second joint relient l'arbre aux organes menant et mené. Des angles corrects et un bon positionnement des joints sont importants pour compenser les variations de rotation. La géométrie doit être vérifiée selon la conception et les conditions d'utilisation.
La transmission à cardan transfère la puissance entre des axes non alignés. Relativement compacte, elle peut être utilisée dans un espace limité. Le rendement nécessaire et la charge admissible doivent être évalués pour le produit concerné.
Dans un véhicule à propulsion, l'arbre relie la transmission située à l'avant à l'essieu arrière. Dans les pelles, grues et autres machines lourdes, il transmet la puissance malgré une disposition complexe des mécanismes.
La capacité à accepter un angle, la compacité et les variantes de construction font de l'arbre un composant important de nombreuses machines.
Fabricants d'arbres de transmission
Des entreprises du monde entier fabriquent ces arbres et composants d'entraînement. Quelques fabricants :
- Dana Incorporated. Fabricant de composants de transmission et de propulsion pour automobiles, utilitaires et équipements agricoles et industriels.
- GKN Automotive. Fournisseur de systèmes de transmission automobile, dont des arbres et composants associés.
- SKF. Fabricant de roulements, joints et composants de transmission pour les mines, la métallurgie, la pâte et le papier ainsi que le secteur maritime.
- Voith Group. Fournisseur de systèmes, produits et services pour l'énergie, le pétrole et le gaz et les transports, dont des transmissions à cardan pour les applications correspondantes.
- Timken Company. Fabricant de roulements et de composants mécaniques de transmission pour les entraînements industriels chargés.
- Walterscheid Powertrain Group. Fabricant de systèmes de transmission, dont des arbres pour l'agriculture, la sylviculture et l'industrie.
- KMS Kılınçlar — arbres de transmission. Fabricant à Sakarya, en Türkiye.
Cette liste n'est pas exhaustive. Le choix doit comparer l'expérience, la réputation, la qualité, les possibilités de fabrication sur mesure et l'assistance technique aux exigences de l'application concernée.
