Objet et classification des arbres
La fonction principale des arbres : supporter les pièces rotatives, transmettre le mouvement et la puissance.
Classification en fonction de la charge supportée :
- Arbre rotatif : supportant à la fois le moment de flexion et le couple pendant le fonctionnement
- Broche : moment de flexion du palier uniquement
- Arbre de transmission : ne supporte que le couple, pas le moment de flexion (ou un très faible moment de flexion)
Classification selon la forme de l'axe :
- Vilebrequin : la bielle du vilebrequin peut réaliser la conversion mutuelle entre le mouvement de rotation et le mouvement de va-et-vient.
- Arbre droit
- Arbre optique : forme simple, traitement facile, peu de sources de concentration de contraintes ; couramment utilisé pour les broches et les arbres de transmission.
- Arbre à paliers : facile à assembler et à positionner les pièces sur l'arbre ; couramment utilisé pour les arbres rotatifs.
Classification selon qu'il s'agit d'une matière solide ou non :
- Arbre plein : général
- Arbre creux : réduction de la masse de l'arbre ; installation d'autres pièces dans l'arbre pour des exigences particulières ; occasions avec des fonctions particulièrement importantes ; le rapport entre les diamètres intérieur et extérieur est généralement de 0,5 ~ 0,6.
- Arbre flexible en fil de fer (arbre flexible en fil de fer) : a une bonne flexibilité et peut transmettre un mouvement rotatif dans un espace fermé.
Principaux éléments de la conception des arbres
Conception structurelle
Forme structurelle
Dimensions
Calcul de la capacité de travail
Résistance : Dans la plupart des cas, seul le calcul de la résistance de l'arbre est nécessaire.
Rigidité : Pour les arbres ayant des exigences élevées en matière de rigidité et les arbres minces soumis à des forces importantes, le calcul de la rigidité doit être effectué.
Stabilité vibratoire : Pour les arbres fonctionnant à des vitesses élevées, il convient de calculer la stabilité aux vibrations.
Matériaux de l'arbre
Acier au carbone, acier allié
Acier 45 le plus couramment utilisé
Scénarios d'utilisation de l'acier allié : transmission de grandes puissances, nécessitant une taille et une masse réduites, amélioration de la résistance à l'usure du tourillon, et arbres fonctionnant dans des conditions de température élevée ou basse.
À des températures de travail normales (inférieures à 200 °C), le module d'élasticité des différents aciers au carbone et des aciers alliés est similaire. Par conséquent, lors du choix du type d'acier et de la détermination de la méthode de traitement thermique de l'acier, la base est la solidité et la résistance à l'usure, et non la rigidité en flexion ou en torsion de l'arbre.

Divers traitements thermiques (trempe à haute fréquence, cémentation, nitruration, cyanuration, etc.) et traitements de renforcement de la surface (grenaillage, laminage, etc.) ont un effet significatif sur l'amélioration de la résistance à la fatigue de l'arbre.

Conception de la structure de l'arbre
Conception de la structure de l'arbre : forme raisonnable de l'arbre + toutes les dimensions structurelles
Facteurs influençant la structure de l'arbre :

1. La position d'installation et la forme de l'arbre dans la machine

2. Le type, la taille, la quantité et le mode de raccordement des pièces installées sur l'arbre

3. La nature, la taille, la direction et la répartition de la charge

4. Technologie de traitement des arbres
Exigences relatives à la conception de la structure de l'arbre :

- L'arbre et les pièces installées sur l'arbre doivent avoir une position de travail précise

- Les pièces de l'arbre doivent être faciles à installer, à démonter et à ajuster.

- L'arbre doit présenter une bonne aptitude à la fabrication

Questions à se poser lors de la commande d'arbres
L'arbre de transmission est un élément essentiel du système de transmission mécanique. En fait, certains points doivent être clarifiés avant l'achat. Le premier concerne les spécifications, telles que les exigences relatives au diamètre, à la longueur, au matériau, au traitement de surface, etc. de l'arbre. Le second est le matériau. Les matériaux couramment utilisés sont l'acier, l'alliage d'aluminium, l'alliage de titane, etc. Choisissez le matériau approprié en fonction des besoins et des spécifications. Un autre facteur est le moment d'inertie, qui est une grandeur physique mesurant la capacité d'un objet à conserver son état de rotation d'origine. Lors de l'achat d'un arbre de transmission, vous devez vous demander si son moment d'inertie répond à vos besoins. Si le moment d'inertie est trop important, il peut entraîner une instabilité lors du démarrage ou du changement de vitesse, voire des vibrations et du bruit. En outre, il y a la précision et la tolérance. Si la précision et la tolérance sont trop grandes, cela peut entraîner des problèmes tels que des vibrations, du bruit et de l'usure. Par conséquent, lors de l'achat d'un arbre de transmission, vous devez veiller à ce que sa précision et sa tolérance répondent à vos besoins. Enfin, il y a la question du prix.

 

1. Les aciers de construction au carbone de haute qualité, tels que les aciers au carbone 35, 45 et 50, sont largement utilisés en raison de leurs propriétés mécaniques globales élevées, l'acier 45 étant le plus répandu. Afin d'améliorer ses propriétés mécaniques, il convient de procéder à une normalisation ou à un traitement de trempe et de revenu. Pour les arbres peu importants ou moins sollicités, les aciers de construction au carbone tels que Q235 et Q275 peuvent être utilisés.
2. L'acier allié possède des propriétés mécaniques élevées, mais il est plus cher et est souvent utilisé pour les arbres ayant des exigences particulières. Par exemple, pour les arbres à grande vitesse utilisant des paliers lisses, les aciers de construction alliés à faible teneur en carbone, tels que 20Cr et 20CrMnTi, sont couramment utilisés. Après cémentation et trempe, la résistance à l'usure du col de l'arbre peut être améliorée. L'arbre du rotor de la machine doit avoir de bonnes propriétés mécaniques à haute température lorsqu'il est soumis à des températures élevées, à une vitesse élevée et à de lourdes charges. Les aciers de construction alliés tels que 40CrNi et 38CrMoAlA sont souvent utilisés. Pour les tailles plus importantes ou les structures plus complexes, l'acier moulé ou la fonte ductile peuvent être envisagés. Par exemple, l'utilisation de la fonte ductile pour fabriquer des vilebrequins et des arbres à cames présente les avantages d'un faible coût, d'une bonne absorption des vibrations, d'une faible sensibilité à la concentration des contraintes et d'une bonne résistance. Le modèle mécanique d'un axe est une poutre, dont la majeure partie doit tourner, de sorte que ses contraintes sont généralement symétriques et cycliques. Les formes possibles de défaillance comprennent la rupture par fatigue, la rupture par surcharge et la déformation élastique excessive. Habituellement, certaines pièces avec des roues doivent être installées sur l'arbre, de sorte que la plupart des arbres doivent être transformés en arbres étagés avec une grande quantité de coupe.