L'une des questions les plus fréquemment posées lors du choix d'un accouplement Oldham est d'une simplicité trompeuse : quelle tolérance d'alignement cet accouplement peut-il supporter ? La réponse dépend du type de tolérance considéré, de la taille de l'accouplement, de la définition de « tolérer » (par exemple, une seule révolution ou 10 000 heures de fonctionnement) et du critère recherché : la valeur maximale admissible ou celle qui optimise la durée de vie. Cet article aborde tous ces aspects et propose un guide pratique des tolérances, organisé par taille d'accouplement et type de tolérance.
Les trois types de désalignement d'arbre
Avant d'aborder les chiffres, il est important de préciser les trois types distincts de désalignement d'arbre qu'un accouplement Oldham peut rencontrer :
Décalage latéral (parallèle) Il s'agit du cas où les axes des deux arbres sont parallèles mais décalés radialement ; ils pointent dans la même direction sans être confondus. C'est ce type de désalignement que l'accouplement Oldham est conçu pour compenser, et c'est le plus courant dans les liaisons moteur-machine. Le décalage latéral se mesure en millimètres, comme la distance perpendiculaire entre les axes des deux arbres.
Désalignement angulaire Le désalignement angulaire se produit lorsque les axes des deux arbres ne sont pas parallèles : ils convergent ou divergent, se rejoignant en un point (ou semblant se rejoindre s’ils sont prolongés). Ce désalignement est mesuré en degrés et correspond à l’angle formé par les axes des deux arbres vus de profil. L’accouplement Oldham possède une capacité angulaire très limitée et ce type de désalignement doit être corrigé mécaniquement avant l’installation.
Désalignement axial Le jeu axial (ou jeu axial) correspond au déplacement d'un arbre par rapport à l'autre, le long de son axe. Il ne s'agit pas d'un défaut d'alignement au sens positionnel, mais d'un déplacement axial que l'accouplement doit compenser sans transmettre d'effort axial significatif aux paliers. L'accouplement Oldham possède une capacité de jeu axial modeste, déterminée par le jeu entre les faces des disques et les faces internes du moyeu.
Décalage latéral : Valeur nominale maximale vs Valeur de fonctionnement recommandée
Les fabricants spécifient deux valeurs de décalage latéral qu'il convient de bien distinguer :
Le déport maximal nominal Il s'agit du déplacement latéral maximal pour lequel l'accouplement peut fonctionner sans défaillance mécanique : le tenon ne bute pas dans la rainure, le disque n'entre pas en contact avec les faces du moyeu et les rainures du moyeu ne sont pas surchargées. Un fonctionnement au décalage maximal admissible est techniquement possible, mais entraîne une usure maximale du disque, une production de chaleur maximale et une durée de vie minimale.
Le décalage de fonctionnement recommandé Il s'agit du décalage pour lequel l'accouplement est conçu afin d'assurer une durée de vie optimale dans ses conditions nominales de vitesse et de couple. Ce décalage représente généralement 40 à 60 % de la valeur nominale maximale. Un fonctionnement à ce niveau ou en dessous garantit une durée de vie maximale du disque et compense la dilatation thermique, la déformation du bâti et l'usure des roulements tout au long de la durée de vie de la machine.
Lors du choix d'un accouplement, le décalage latéral prévu pour l'application doit être égal ou inférieur à la valeur de fonctionnement recommandée, et non à la valeur nominale maximale. Il s'agit de l'aspect le plus souvent mal compris des spécifications de désalignement des accouplements Oldham.
Capacité de déport latéral par taille de couplage
| Diamètre extérieur du raccord (mm) | Décalage maximal nominal (mm) | Décalage de fonctionnement recommandé (mm) | Plage d'alésage typique (mm) |
|---|---|---|---|
| 16–20 | 0,20–0,30 | 0,08–0,15 | 3–8 |
| 25–32 | 0,40–0,60 | 0,15–0,30 | 5–16 |
| 40–50 | 0,60–1,00 | 0,25–0,50 | 10–25 |
| 63–80 | 1,00–1,50 | 0,40–0,75 | 20–40 |
| 100–125 | 1,50–2,50 | 0,60–1,25 | 30–60 |
Les valeurs indiquées correspondent à des plages de valeurs représentatives pour les accouplements Oldham à disques polymères standard. Il est impératif de toujours vérifier ces valeurs auprès du fabricant concernant l'accouplement spécifié.
Désalignement angulaire : la limite absolue
Les accouplements Oldham sont systématiquement conçus pour un désalignement angulaire maximal de 0,5 à 1,0 degrés Cela s'applique à pratiquement toutes les tailles et tous les fabricants. Il ne s'agit pas d'une simple recommandation, mais d'une limite mécanique stricte imposée par la géométrie de l'interface tenon-rainure.
En cas de défaut d'alignement angulaire, le disque ne peut pas coulisser correctement dans les rainures du moyeu sur toute la durée d'une révolution. À certaines positions de rotation, un bord du tenon entre en contact avec la paroi de la rainure avant le bord opposé, créant un blocage dû à une charge ponctuelle concentrée plutôt qu'à un contact réparti. Cette charge ponctuelle est bien supérieure à la contrainte de contact répartie normale pour un même couple, ce qui entraîne une usure rapide et asymétrique du disque et génère des charges d'impact intermittentes transmises aux paliers de l'arbre.
La conséquence pratique est sans équivoque : Le défaut d'alignement angulaire doit être corrigé mécaniquement avant l'installation de l'accouplement Oldham.Si la plaque de fixation du moteur n'est pas perpendiculaire à l'axe de l'arbre mené, calez les pieds du moteur jusqu'à ce qu'elle le soit. Si la géométrie du bâti-moteur rend cette opération impossible, l'accouplement Oldham n'est pas adapté à l'application ; optez alors pour un accouplement à soufflets ou à poutres, conçu pour compenser les défauts d'alignement angulaire.
Capacité de flottement axial
La capacité de jeu axial d'un accouplement Oldham est déterminée par l'écart entre les faces des disques et les faces internes du moyeu lorsque l'accouplement est installé dans sa position axiale nominale. La plupart des accouplements Oldham standard offrent un jeu axial compris entre… 0,5 à 2,0 mm en fonction de la taille du couplage.
Ce jeu axial permet la dilatation thermique des arbres lors de la mise en marche, les légers mouvements axiaux des paliers du moteur sous charge et les petites erreurs de positionnement axial lors de l'installation. Il ne permet pas un déplacement axial continu : si un arbre se déplace axialement de plus que le jeu disponible, le disque entre en contact avec la face du moyeu et commence à transmettre une force axiale au palier de cet arbre.
Pour les applications présentant une dilatation axiale thermique importante (arbres longs avec de grands écarts de température ou arbres dans des environnements de process à haute température), un accouplement à soufflets offre une meilleure souplesse axiale. Pour la plupart des applications de servomoteurs et de moteurs pas à pas où le mouvement axial est faible, la capacité de flottement de l'accouplement Oldham est largement suffisante.
Comment mesurer précisément le décalage latéral
La mesure précise du décalage latéral nécessite un comparateur à cadran et une surface de référence propre sur chaque arbre. Procédure :
Méthode 1 — Mesure directe du faux-rond : Montez le comparateur sur une base magnétique fixée au palier de l'arbre mené. Positionnez la pointe du comparateur contre la surface de l'arbre moteur. Faites tourner l'arbre moteur sur 360 degrés tout en maintenant l'arbre mené immobile. Relevez la lecture totale du comparateur (TIR). Le décalage latéral est égal à la moitié de la TIR (TIR = 2 × décalage, car le comparateur balaie les deux côtés du cercle d'excentricité).
Méthode 2 — Règle et jauge d'épaisseur (vérification rapide) : Positionnez une règle de précision contre le diamètre extérieur du moyeu de l'arbre moteur et prolongez-la vers l'arbre mené. À l'aide de cales d'épaisseur, mesurez l'écart entre la règle et l'arbre mené à une distance définie. Calculez le décalage à partir de cette mesure et de la distance mesurée. Cette méthode est moins précise que celle utilisant un comparateur à cadran, mais elle ne nécessite aucun outil spécifique et permet un contrôle rapide lors de l'installation.
Mesurez toujours le défaut d'alignement une fois que la machine a atteint sa température de fonctionnement et sa pleine charge, et non pas seulement au démarrage à froid. La dilatation thermique du moteur, du réducteur et du bâti de la machine pendant la phase de préchauffage peut modifier le décalage latéral de 0,1 à 0,3 mm dans les installations industrielles classiques.
Désalignement combiné : lorsque les désalignements latéral et angulaire sont tous deux présents.
Dans les installations réelles, les défauts d'alignement latéral et angulaire apparaissent souvent simultanément. L'accouplement Oldham gère moins bien cette situation combinée qu'un simple décalage latéral, car la composante angulaire induit une contrainte de flexion sur le disque qui n'existe pas en cas de décalage latéral pur.
En présence des deux types de défauts, la composante angulaire doit être réduite à moins de 0,3 degré avant de se fier à la capacité de compensation latérale de l'accouplement. La capacité de compensation de désalignement combinée est approximativement de :
Facteur de pondération combiné = (décalage latéral / décalage latéral maximal admissible) + (décalage angulaire / décalage angulaire maximal admissible) ≤ 1,0
Si la somme de ces deux fractions dépasse 1,0, l'accouplement est soumis à un désalignement combiné supérieur à celui que sa conception permet. Réduisez l'un ou les deux composants par une correction mécanique, ou choisissez un accouplement présentant des valeurs nominales plus élevées pour les deux paramètres.
Effet du défaut d'alignement sur le taux d'usure du disque
| Décalage de fonctionnement (% de la valeur nominale maximale) | Taux d'usure relatif du disque | Durée de vie prévue (relative) |
|---|---|---|
| 20% de puissance maximale | 1× (ligne de base) | Très long |
| 40% de puissance maximale | ~4× | Long |
| 60% de puissance maximale | ~9× | Modéré |
| 80% de puissance maximale | ~16× | Court |
| 100% de puissance maximale | ~25× | Très court |
Le taux d'usure est approximativement proportionnel au carré du défaut d'alignement, car l'usure du disque est proportionnelle au carré de la vitesse de glissement (vitesse = décalage × vitesse angulaire). Cette relation non linéaire explique pourquoi même de modestes améliorations de l'alignement de l'arbre entraînent des augmentations disproportionnées de la durée de vie du disque.
Conclusion
L'accouplement Oldham gère mieux le décalage latéral de l'arbre que tout autre accouplement sans jeu courant ; toutefois, son comportement est optimal lorsqu'il fonctionne bien en deçà de sa valeur maximale nominale, et non à la limite. Le défaut d'alignement angulaire est une contrainte impérative qui doit être corrigée mécaniquement et non compensée par l'accouplement. Le jeu axial est modeste mais suffisant pour la plupart des applications d'asservissement et de commande de mouvement. Utiliser le décalage de fonctionnement recommandé plutôt que le décalage maximal nominal comme critère de sélection, mesurer le décalage réel en conditions de fonctionnement plutôt qu'à froid, et corriger tout défaut d'alignement angulaire avant l'installation de l'accouplement : ces trois pratiques combinées permettent d'obtenir des installations qui garantissent la durée de vie maximale de l'accouplement et protègent les paliers de l'arbre des charges induites par l'accouplement pendant toute la durée de vie de la machine.
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