Chaîne (Mécanique)

En construction mécanique, une chaîne est un ensemble de maillons reliés directement ou par l'intermédiaire d'axes. Une chaîne peut être bouclée ou laissée libre à ses extrémités.

Elles peuvent être utilisées comme systèmes de transmission, dans un treuil (comme un câble) ou une moto (comme une courroie). Elles peuvent aussi être utilisées comme des cordes pour délimiter des zones ; dans ce cas elles sont généralement en plastique et leur résistance est faible.

Le démontage/remontage d'une chaîne de vélo s'effectue avec un outil appelé dérive-chaîne.

Bien que Hans Renold soit crédité de l'invention de la chaîne à rouleaux, en 1880, des croquis de Léonard de Vinci du 16ème siècle montrent une chaîne avec un roulement à rouleaux ^[1].

Sommaire 1 Construction de la chaîne 2 Lubrification 3 variantes de design 4 Utilisation 5 Usure 6 Résistance d'une chaîne 7 chaînes standards 8 Références 9 Liens externes

Construction de la chaîne

Il y a en fait deux types de maillons en alternance dans la chaîne à rouleaux. Le premier maillon est intérieur, avec deux plaques intérieure tenues par deux manchons ou douilles avec deux rouleaux qui tournent. Les maillons intérieurs alternent avec le deuxième type, le maillon externe, composé de deux plaques extérieures maintenues ensemble par des axes en passant par les manchons des maillons intérieurs. La chaîne "bushingless", sans bague, a un fonctionnement similaire, mais pas la construction, au lieu de séparer par des douilles ou manchons les plaques intérieures, les plaques sont embouties formant un tube sortant qui remplace la douille. Cela a l'avantage de supprimer une étape dans l'assemblage de la chaîne en réduisant l'ensemble à deux pièces par maillon.

La conception de la chaine à rouleau réduit les frottements par rapport à une conception plus simple, entraînant une plus grande efficacité et moins d'usure. Les première chaîne de transmission de puissance n'avaient ni rouleaux ni bagues, Les plaques intérieures et extérieures étaient assemblées par des broches au contact direct des dents du pignon , mais cette configuration entrainait une usure extrêmement rapide à la fois des pignons d'engrenage et des plaques. Ce problème a été partiellement résolu par le développement de chaînes baguées, avec les axes des plaques extérieures passant par les douilles ou manchons de raccordement des plaques intérieure. Cela répartissait l'usure sur une plus grande surface, mais les dents des pignons soufraient encore trop de la friction de glissement contre les douilles. L'ajout de rouleaux entourant les manchons de la chaîne et permettant un contact de roulement sur les dents des pignons a entraîné une excellente résistance à l'usure des roues dentées ainsi que de la chaîne. Il y a même une très faible friction, aussi longtemps que la chaîne est suffisamment lubrifiée. Une lubrification continue et propre des chaînes à rouleaux est de première importance pour un fonctionnement efficace.

Lubrification

Le besoin de lubrification, non seulement à l'extérieur de la chaîne, mais surtout à l'intérieur entre les broches et les bagues et les douilles et les rouleaux, est une source d'irritation pour presque tous les utilisateurs de chaînes à rouleaux. Du propriétaire de vélo, qui doit nettoyer et graisser la chaîne à la main ou avec des gadgets spécialisées, aux propriétaires de machines complexes à haute vitesse en utilisant la transmission par chaîne, qui utilisent des systèmes de lubrification chers sophistiqués pour maintenir la chaîne lubrifiée, jusqu'aux propriétaires d'engins de dragage des gigantesques exploitations minière en surface, le but est de donner à leurs chaînes à rouleaux une lubrification propre et continue.

Il n'est pas surprenant, alors, que certains propriétaires, d'un bout de l'échelle à l'autre, optent pour la solution "ne rien faire". Ils acceptent plus de friction, moins d'efficacité, plus de bruit et de plus fréquents de remplacements comme conséquence de la maintenance minimale en lubrification des chaînes à rouleaux. Il s'agit d'un classique «trade-off». De nombreux grands fabricants de chaînes rouleau de tels que Tsubaki, Diamond, Morse, Renold, Rexnord et ont développé des chaînes à rouleaux à entretien réduit telles que les chaînes à rouleaux o-ring (la graisse est scellée dans les joints) et Duralube ou Lambda (avec des bagues en métal fritté imprégnées d'huile) .

variantes de design

Si la chaîne n'est pas utilisée pour porter une grande charge (par exemple si ce n'est que la transmission de mouvement à partir d'un levier à main à un contrôle de l'arbre sur une machine, ou d'une porte coulissante sur un four), alors l'un des types les plus simples de chaîne de peut encore être utilisés. Inversement, lorsque la force supplémentaire et/ou la durabilité sont nécessaires, la chaîne peut être "siamoise" : au lieu de deux rangées de plaques sur les bords extérieurs de la chaîne, il peut y en avoir trois, quatre, ou plusieurs rangées de plaques parallèles, avec les douilles et les rouleaux entre chaque paire adjacente, et le même nombre de rangées de roues dentées en parallèle. Les chaînes de distribution sur les moteurs d'automobile, par exemple, ont généralement plusieurs lignes de plaques.

Les chaîne à rouleaux se font en plusieurs tailles, les plus communes American National Standards Institute (ANSI0 normes 40, 50, 60 et 80. Le premier chiffre(s) indique le pas de la chaîne en huitièmes de pouce, avec le dernier chiffre este 0 pour la chaîne standard, 1 pour la chaîne légère, et 5 pour la chaîne baguées sans galets. Ainsi, une chaîne de bicyclette avec un pas de un demi pouce serait un #40 tandis qu'un pignon #160 aurait des dents espacées de 2 pouces, etc le pas métrique est exprimé en seizièmes de pouce, donc #8 métrique (08B-1) serait l'équivalent d'un ANSI #40. La plupart des chaînes à rouleaux sont fabriquées à partir d'acier courant ou d'acier allié, mais l'acier inoxydable est utilisé dans les machines de transformation des aliments ou dans d'autres endroits où la lubrification est un problème, et le nylon ou le laiton sont parfois pour la même raison.

La chaîne à rouleaux qui est normalement fermée au moyen d'un maillon maître (appelé aussi maillon rapide), qui est généralement fermé par un circlips en place de bague de friction ce qui permet de l'insérer ou le retirer avec des outils simples. Le demi maillon est aussi disponible et est utilisé pour augmenter la longueur de la chaîne par un seul rouleau.

Utilisation

• Les chaînes à rouleaux sont utilisées dans les transmissions de faible à moyenne vitesse à environ 600 à 800 pieds par minute, mais à des vitesses plus élevées, autour de 2000 à 3000 pieds par minute, les courroies trapézoïdales sont normalement utilisées en raison des problèmes d'usure et de bruit.
• La chaîne de bicyclette est une forme de chaîne à rouleaux. les chaînes de vélos peuvent avoir un maillon de maître, ou nécessiter un outillage pour l'installation et l'enlèvement. Une chaîne semblable, mais plus grosse donc plus forte est utilisée sur la plupart des motos elle mais est parfois remplacée par une courroie ou un arbre de transmission, qui offrent le niveau de bruit plus faible et un moindre entretien.
• Dans les anciens moteurs d'automobiles aux États-Unis et dans d'autres pays, une chaîne à rouleaux relie l'arbre à cames au vilebrequin, générant moins de bruit qu'un engrenage comme utilisé dans les moteurs à très haute performance, et offrant plus de résistance que la courroie de distribution fréquemment utilisée sur des moteurs plus modernes. Beaucoup de moteurs automobiles modernes utilisent encore des chaînes à rouleaux.
• Les chaînes sont également utilisés dans les chariots élévateurs hydrauliques comme une poulie pour monter et descendre le porte charge, toutefois, ces chaînes ne sont pas considérées comme des chaînes à rouleaux, mais sont classés comme des chaînes de levage ou chaînes à mailles jointives.
• Les chaines de coupe des tronçonneuses ressemblent superficiellement à des chaînes à rouleaux, mais sont plus étroitement liés aux chaînes à mailles jointives. Elles sont mues par des formes en ergots sur les maillons qui servent également à guider la chaîne sur la barre.

Usure

L'effet de l'usure sur la chaîne est d'augmenter l'espacement des maillons, ce qui provoque un allongement de la chaîne. Ce n'est pas du à un allongement du métal, comme un trop grand nombre d'ingénieurs et de mécaniciens pourraient intuitivement le penser, mais est du à l'effet de l'usure des partie pivotante. On pourrait dire que les rouleaux de la chaîne se desserrent par usure. Il est vrai qu'un câble ou un fil s'allonge. Un excellent exemple de l'étirement, c'est ce qui arrive au câble de frein de stationnement sur les véhicules à moteur. Ici, le métal "s'etire", il montre sa ductilité, et ainsi, il s'amincit et s'allonge au fil du temps. Même s'il est inhabituel d'user chaîne à l'usure, jusqu'à ce qu'elle casse, une chaîne usée conduit à une grande augmentation du taux de l'usure du pignon d'entraînement et les pignons moteur avec lequel elle s'accouple. Les pignons ne peuvent pas modifier l'espacement de leurs dents pour correspondre à l'espacement de plus en plus large des maillons de la chaîne ou "pas".

L'usure due à une chaîne usagée est asymétrique. Cela creuse la face arrière des dents du pignon en forme de crochet caractéristique. Comme cette tendance progresse, les pignons commencer à accrocher les rouleaux de la chaîne, les empêchant de rouler sur la dent du pignon comme ils le devraient. Cela provoque des à coup dans la transmission de la puissance, en vélo, par exemple, cela se traduit par le problème de chaîne qui "saute" hors de ses pignons. Dans des chaînes de distribution automobile, cela se traduit par un moment de cafouillage entre soupape et le distribution, qui devient particulièrement évidente lorsqu'on observe l'allumage au stroboscope . Le seul remède dans ces cas, d'usure extrême de la chaîne est de remplacer non seulement la chaîne, mais aussi les pignons meneur et mené.

il est recommandé soit de suivre exactement la longueur d'une chaîne de distribution (la règle généralement admise de base est de remplacer une chaîne à rouleaux qui s'est allongée de 3% avec tendeur et de 1,5% sans), ou tout simplement le remplacer à intervalles d'utilisation fixés pour réduire l'usure des roues dentées. Ainsi, les économies sur les coûts d'entretien en lésinant sur la lubrification entraînent une augmentation des coûts de suivi d'usure et le remplacement. Ce besoin d'entretien fréquent, composé de lubrification, d'évaluation de l'usure, et le remplacement de la chaîne et/ou des pignons, représente le principal inconvénient de l'utilisation de la chaîne à rouleaux.

L'allongement de la chaîne est calculée par la formule suivante:

% = ((M − (S * P)) / (S * P)) * 100)

M = Longueur mesurée

S = Nombre de maillons mesurés

P = Pas

Résistance d'une chaîne

La caractéristique plus commune de la chaîne à rouleaux la résistance à la traction. Résistance à la traction représente la quantité de charge que peut supporter une chaîne avant de casser. Tout aussi importante que la résistance à la traction d'une chaine est la résistance à la fatigue. Les facteurs critiques de résistance à la fatigue d'une chaîne sont la qualité de l'acier utilisé pour la fabrication de la chaîne, le traitement thermique des composants de la chaîne, la qualité fabrication et l'emplacement des trous d'axes dans les plaques des maillons et le type de bague, et la couverture sur la plaques. D'autres facteurs peuvent inclure l'épaisseur des plaques et leur conception (contour). La règle de base pour une chaîne à rouleaux est que charge dépasse à peine 1/6 ou 1/9 de la résistance à la traction, en fonction du type maillon maitre utilisé (clippé ou pressé). Les chaînes à rouleaux opérant en continu au-delà de ces seuils peuvent faillir prématurément par rupture de plaque de maillon due à la fatigue.

chaînes standards

Références

Liens externes