Quel est le couple d'une couronne d'orientation ?

Le couple de la couronne d'orientation est la résistance totale à la rotation que le système d'entraînement (comme le moteur et le pignon) doit surmonter pour faire tourner l'équipement et le maintenir en fonctionnement. Il ne s'agit pas d'une valeur unique et fixe. Elle contient la somme de résistances multiples - à la fois le frottement et la force de traînée apportée par les joints. S'il s'agit d'un support denté, il y a également la résistance de l'engrènement.

Afin de s'assurer que la sélection de l'entraînement ne soit pas erronée, nous utilisons généralement la formule suivante pour calculer le couple total (M total ) :

M total =M f +M s +M g

La logique est claire :

M f= Couple de frottement sous charge (c'est le couple de charge)
M s = couple de frottement généré par le joint
M g = couple de frottement généré par l'engrènement de l'engrenage (s'il est denté)
Il est facile pour les ingénieurs de confondre la différence entre le couple de démarrage (qui fait passer l'appareil de l'état d'arrêt à l'état de rotation) et le couple de fonctionnement (qui maintient la rotation). Le premier est généralement beaucoup plus important que le second. En outre, la précharge à l'intérieur de la couronne d'orientation, la viscosité de la graisse, la température ambiante et la charge de vos conditions de travail spécifiques font fluctuer cette valeur. Par conséquent, le calcul de cette valeur est la première étape pour garantir un fonctionnement fiable de l'équipement.

Permettez-moi de détailler ces éléments clés.

Couple de charge (Mf)

Il s'agit de la partie la plus importante et la plus complexe de la composition du couple, qui découle directement de la charge externe appliquée au roulement. Qu'il s'agisse d'une force axiale, d'une force radiale ou d'un moment de renversement, elle sera finalement transmise au corps roulant, provoquant un frottement dans le chemin de roulement. La formule d'estimation couramment utilisée dans l'industrie est la suivante :

M f = ( F a * f a + F r * f r ) * μ * d m/ 2

Parmi eux :

Fa = Charge axiale (N)
Fr = Charge radiale (N)
fa, fr = Facteurs de calcul pour les charges axiales et radiales, spécifiques au type de roulement (par exemple, billes à quatre points de contact, rouleaux croisés), qui sont fournis par le fabricant.
μ (mu) = Coefficient de frottement. Il s'agit d'une valeur empirique, généralement comprise entre 0,004 et 0,008 pour des roulements propres et correctement lubrifiés.
dm = Diamètre moyen du chemin de roulement (diamètre du cercle primitif) en mètres (m).
Rappel spécial : Si votre scénario d'application est celui d'une grue ou d'une excavatrice, il y a un énorme moment de renversement, nous convertissons généralement ce moment en "charge axiale équivalente" lors du calcul de F a F a Afin de calculer, de sorte que les résultats soient fiables.

Couple de frottement du joint (Ms)

La plupart des couronnes d'orientation sont équipées de joints en caoutchouc pour bloquer la graisse et la saleté. Ces bandes d'étanchéité glissent près de la surface de la virole et la résistance générée ne peut être ignorée. Il est intéressant de noter que cette partie du couple n'a pas grand-chose à voir avec la charge externe, mais qu'elle est étroitement liée à la température et à la lubrification. Son calcul repose généralement sur des formules empiriques :

Ms ≈ Cs * ds^2

Cs = Constante du joint fournie par le fabricant du roulement, qui dépend du matériau et de la conception du joint.
ds = Le diamètre du contact de la lèvre du joint en mètres (m).
Dans de nombreux exemples techniques, vous trouverez M s M s qui donne directement une valeur de référence (N - m). Ce que je veux souligner, c'est que pour les roulements de petite taille et à faible charge, le couple d'étanchéité est souvent la principale source de couple à vide, et peut même représenter la majeure partie du couple total. Ne l'ignorez pas lorsque vous choisissez le type de roulement.

Couple de frottement de l'engrenage (Mg)

Pour la couronne d'orientation dentée, l'engrènement du pignon d'entraînement et de la grande couronne " mangera " également une partie de la force. Ceci est lié à la puissance transmise et au rendement de l'engrenage. Les estimations sont les suivantes :

Mg = Tdrive * (1 - ηg)

Tdrive = Le couple d'entraînement transmis par les dents de l'engrenage (N-m).
ηg (eta) = L'efficacité de l'engrenage. Pour les engrenages droits ou hélicoïdaux standard, bien lubrifiés, le rendement est généralement élevé, de l'ordre de 98% à 99% (c'est-à-dire ηg ≈ 0,98 - 0,99).
En d'autres termes, environ 1-2% de la force motrice sera perdue dans le frottement de l'engrenage, mais cette partie est également celle que le moteur doit surmonter.

Couple de démarrage vs. Couple de démarrage

Comprendre la différence entre ces deux états est la clé du succès de votre sélection de moteur.

Couple de démarrage: C'est le couple maximal nécessaire pour démarrer la rotation à partir d'un état stationnaire. Il est élevé car il faut vaincre le frottement statique (le coefficient de frottement statique est beaucoup plus grand que le coefficient de frottement dynamique), mais aussi l'effet "visqueux" des joints et de la graisse visqueuse (Stiction). Le couple de démarrage est généralement de 1,5 à 3 fois le couple de fonctionnement calculé. Dans un environnement à basse température ou après un arrêt prolongé de l'équipement, ce multiple est encore plus élevé.
Couple de rotation: Une fois en mouvement, un film d'huile stable s'établit dans le chemin de roulement, le frottement est réduit et le couple est stabilisé. Les formules ci-dessus permettent principalement de calculer le couple de rotation.
Lors de la sélection d'un moteur, il faut s'assurer qu'il peut fournir un couple de démarrage de pointe suffisant pour "pousser" l'équipement ; la capacité de fonctionnement continu et les performances de dissipation thermique du moteur sont évaluées par rapport au couple de fonctionnement. Ignorer ce point est une cause fréquente de défaillance de l'entraînement d'une "petite charrette tirée par un cheval" et de la charge de démarrage.

Facteurs clés influençant le couple des paliers d'orientation

Outre les calculs sur papier, il existe plusieurs facteurs opérationnels sur le terrain qui modifieront le couple total :

Précharge interne: Afin d'augmenter la rigidité du support, nous appliquons souvent un jeu négatif (précharge) lors de la fabrication. Cela augmente directement la contrainte de contact entre l'élément roulant et le chemin de roulement, ce qui conduit inévitablement à une augmentation du couple de frottement.
État de la lubrificationIl est très important de savoir si l'huile est injectée correctement et si la viscosité n'est pas appropriée. Une lubrification insuffisante ou une viscosité incorrecte augmentera le couple et accélérera l'usure.
Température de fonctionnementLes variations de température modifient la viscosité de la graisse. S'il fait trop froid, la graisse s'épaissit et le couple de démarrage s'envole ; s'il fait trop chaud, la graisse se fluidifie et le film d'huile risque de ne pas tenir.
Précision de l'installation: Si la surface de la structure d'installation n'est pas plane ou si la rigidité est insuffisante, le support sera contraint de se déformer. Cela entraîne une surcharge locale du chemin de roulement, générant un frottement anormal et des "pics de couple" imprévisibles.

Auteur：David

Avec des années d'expérience dans l'ingénierie mécanique, j'ai été le témoin direct de la façon dont les malentendus sur le couple peuvent conduire à des défaillances du système. J'ai rédigé ce guide pour démystifier les calculs de couple des roulements d'orientation, depuis la charge et le frottement des joints jusqu'aux différences critiques entre le couple de démarrage et le couple de fonctionnement. J'espère qu'il vous apportera les connaissances pratiques nécessaires pour sélectionner le bon système d'entraînement et garantir que votre équipement fonctionne avec la fiabilité et les performances que vous attendez.