Dans un mécanisme dont les éléments sont animés de mouvement de rotation, les différents organes transmettant les couples sont portés par des bornes d’acier de section circulaires en rotation autour de leur axe et appelées arbres.
Les arbres sont supportés par des paliers avec lesquels ils sont en contact par les tourillons : ils reçoivent roues d’engrenage, poulies…sur les portées de calage.
Facteurs à envisager dans la conception des arbres
1.sollicitations
a)entre les portées de calage ou se manifestent couple moteur et couple résistant l’arbre est sollicité à la torsion.
b)les forces agissant sur les organes de transmission solidaires de l’arbre font apparaitre d’autres sollicitations suivant leur direction :
-action perpendiculaire à l’axe : flexion exemple tension des courroies
Poussée sur dents d’engrenages droits.
-action oblique par rapport à l’arbre .Elle se manifeste sur celui-ci sous la forme d’actions radiale et axiale : exemple poussée oblique d’engrenage coniques, hélicoïdaux, roue et vis.
L’importance de ces sollicitations conduit à choisir :
-les formes générales et les dimensions
-les matériaux : nature traitement éventuel
-les détails de formes : tourillons, portées de calage, arrêt en translation.
2 .puissance absorbées par le frottement des tourillons dans les portées
Elle dépend des charges appliquées, de la vitesse de rotation et du coefficient de frottement.
On ne peut les réduire qu’en agissant sur f par :
-le choix du matériau et son traitement thermique éventuel
-le fini de la surface : rectification possible
-une lubrification convenable
Le remplacement du glissement par le roulement (sur billes, rouleaux…) améliore le rendement de la transmission.
3. Equilibrage
La correction géométrique est nécessaire pour éviter le balourd. Elle réclame
-l’usinage correct : rectification totale dans certains cas.
-L’équilibre statique et dynamique si la vitesse de rotation est élevée
4. liaisons arbres-organes de transmission
De l’importance du couple transmis dépend le type de liaison en rotation et les formes de portées de calage : davantage, cannelures…
Formes générales et dimensions
1. arbre de transmission
Utilisés pour la répartition de l’énergie à plusieurs machines réceptrices (transmission générale) Barre de diamètre constant, longueur importante obtenue par élément (longueur maximale 6 mètres).
Réunis par des accouplements, leurs diamètres et vitesses de rotation sont normalisés
2.arbres de moteur, de renvoi ou de mécanisme
Longueur variable, généralement courte. La recherche de l’égale résistance dans toutes les sections (meilleurs utilisation du métal, légèreté) conduit à choisir des diamètres différents suivant l’importance de la sollicitation à la flexion.
La section peut être creuse .cette forme offre une résistance supérieure à la section pleine à poids égal ou peut être imposée par la conception de l’organe. La présence de rainure de davantage affaiblissant la section de l’arbre, oblige à augmenter le diamètre des parties de calage.
3.arbres coudés
Employés dans les mécanismes de transformations de mouvement (moteur à exploitation , pompes…),ils s’appellent vilebrequins
Matériaux de traitements
Arbres de transmission : déterminés largement par le calcul .Acier doux comprimé Re =40à50 kgf/mm2 , livrés en barres calibrés :tolérance + 0-5/100 ou étirés (+0,1-0,1mm)
Arbres chargés, acier martin mi-dur forgé nuanceXC35ou aciers alliés ou nickel-chromé (35NC6 ou de nitruration)
Traitements trempe globale ou limitée aux parties flottantes ; trempe superficielle, nitruration….
Tourillons
Parties d’un arbre en contact avec les paliers , forme cylindrique ,nombre suivant longueur et charge. Dimensions : diamètre et longueur de tourillon sont fonction de la pression de contact admise par le mode de graissage choisi .Raccordement au corps par congé important pour éviter les amorces de rupture. Possibilité de rattrapage de jeu par coussinets coniques ; équilibrage de poussée axiale modérée par embrasé.
Types tourillon d’extrémité , tourillon intermédiaire.
Cas particulier : arbre vertical. Repose généralement par l’extrémité appelée alors pivot ,le montage d’un contre-grain d’acier dur en bout d’arbre et d’un grain dans le fond de support évite la trempe du pivot
Remarque En construction soignée on préfère utiliser roulements et butées : amélioration du rendement de la transmission, augmentation de la durée de fonctionnement, entretien réduit.