Lors de l’intégration d’un moteur dans un équipement, une méthode de fixation de l’arbre inadaptée peut entraîner des pertes de couple dues au glissement ainsi que des vibrations anormales. Dans le pire des cas, on ne peut exclure le risque d’accidents dus à la chute de pièces ou de dommages causés à l’équipement.Dans le domaine des appareils médicaux et des équipements industriels de précision, le moindre défaut de fixation pouvant avoir une incidence sur les performances et la sécurité du produit, il est indispensable de choisir une méthode de fixation précise, adaptée à la forme de l’arbre.
On utilise principalement trois types d’arbres de moteur : les arbres à rainure en D, les arbres ronds et les arbres à rainure de clavette. Chacun d’entre eux présente des caractéristiques différentes en termes de méthodes de fixation applicables, de couple transmissible et de difficulté d’usinage.Dans cet article, nous vous expliquons, d’un point de vue technique, les caractéristiques de chaque forme d’arbre ainsi que les méthodes de fixation courantes (fixation par vis, par serrage, par clavette, par goupille, etc.) et nous vous présentons les critères de sélection en fonction des applications.
| Sous la supervision du groupe commercial des composants électroniques de C.I. TAKIRON Corporation Nous supervisons la rédaction de cet article en nous appuyant sur les compétences techniques de pointe et l’expertise acquises depuis notre création en 1919 en tant qu’entreprise leader dans le domaine de la transformation des matières plastiques.Au sein de notre département, nous analysons en permanence les tendances du marché et les dernières technologies relatives aux micromoteurs ultra-compacts et de haute précision, et nous nous attachons à fournir des informations à forte valeur ajoutée aux concepteurs et développeurs. En tant qu’équipe d’experts maîtrisant parfaitement les caractéristiques des produits, nous vous accompagnons dans la résolution de vos défis et dans l’innovation technologique grâce à la diffusion de contenus précis et concrets. |
Différences entre les méthodes de fixation selon la forme de l’arbre du moteur
La méthode de fixation de l’arbre du moteur varie en fonction de la forme de l’arbre. Nous allons ici vous présenter la structure et les méthodes de fixation de trois types d’arbres représentatifs.
Contenu abordé dans cette section
- Structure et méthode de fixation de l’axe en D
- Structure et méthode de fixation de l’axe rond
- Structure et méthode de fixation des arbres à rainure de clavette
En comprenant les caractéristiques propres à chaque forme d’arbre, vous serez en mesure de choisir une méthode de fixation adaptée aux conditions de conception et aux charges.
Structure et méthode de fixation de l’axe en D
Un axe à découpe en D est un axe sur lequel une partie de la surface a été usinée pour former une surface plane (surface de découpe en D) ; c’est cette surface plane qui sert à la fixation. Il n’existe pas de norme unifiée concernant les dimensions de la découpe en D ; celles-ci dépendant souvent des spécifications du fabricant, il est nécessaire de vérifier au cas par cas la forme d’usinage de l’axe. Il existe également des axes à double découpe en D, sur lesquels la découpe en D est usinée des deux côtés.
Les principales méthodes de fixation applicables aux axes à coupe en D sont les suivantes :
| Méthode de fixation | Caractéristiques |
| Fixation par vis | La méthode la plus courante consistant à maintenir la surface plane à l’aide d’une vis de fixation (vis sans tête) |
| Fixation par serrage | Ce procédé consiste à serrer l’axe entre des pièces usinées, puis à le fixer à l’aide de vis, ce qui permet d’obtenir une fixation solide |
| Fixation par pression superficielle | Méthode consistant à serrer l’axe à l’aide d’une pince. Les axes ronds offrent une force de serrage supérieure à celle des axes à profil en D ; il convient donc de vérifier que les axes à profil en D ne présentent pas de jeu. |
| Fixation par goupille | Il s’agit d’une méthode consistant à percer un trou dans l’axe pour y enfoncer une goupille ; il convient de veiller à ce que cela n’entraîne pas une diminution de la résistance de l’axe. |
Les motoréducteurs de C.I. Takiron sont compatibles avec la fourniture d’arbres à encoche en « D » et peuvent être utilisés en combinaison avec les méthodes de fixation mentionnées ci-dessus.
Structure et méthode de fixation d’un axe rond
L’arbre rond, dont la périphérie présente une forme circulaire continue, est un type d’arbre dont les caractéristiques de serrage varient en fonction du mode de fixation choisi. Les méthodes de fixation courantes sont le serrage par pression de surface, le serrage par vis et le serrage par goupille. En particulier, le serrage par pression de surface, comme celui réalisé à l’aide d’un serre-joint, permet de maintenir l’arbre de manière uniforme sur toute sa circonférence, ce qui garantit une transmission de couple stable dans des conditions de serrage appropriées.
Structure et méthodes de fixation des arbres à rainure de clavette
Un arbre à rainure de clavette est un type d’arbre dont la forme permet d’assurer une capacité élevée de transmission de couple grâce à une clavette. Il est utilisé dans les applications où un couple élevé est généré au niveau de l’arbre de sortie. Cette structure, qui consiste à emboîter une clavette (pièce métallique en forme de saillie) dans la rainure de l’arbre et de l’élément rotatif, permet une transmission fiable du couple.
Les dimensions des clavettes sont normalisées selon la norme JIS ; une fois le diamètre de l’arbre déterminé, celles-ci sont également fixées. Toutefois, l’usinage de la rainure de clavette sur la pièce rotative nécessite l’utilisation d’une machine-outil spécialisée, comme indiqué ci-dessous.
| Nom de l’équipement | Caractéristiques |
| Machine à brocher | Convient à l’usinage en série de rainures de clavette de diamètre intérieur. Nécessite une machine et des outils spécialisés. |
| Machine à rainurer | Permet l’usinage de rainures de clavette à diamètre intérieur. La vitesse d’usinage est inférieure à celle d’une brocheuse. |
| Machine d’électroérosion à fil | Permet de traiter des formes complexes. Le temps d’usinage est long et le coût élevé. |
Les équipements d’usinage étant limités, il est nécessaire de vérifier, dès la phase de conception, si l’usinage est possible. Pour les applications nécessitant la transmission d’un couple élevé, telles que les équipements industriels ou l’entraînement de pompes, l’utilisation d’arbres à rainure de clavette est recommandée.
* Il s’agit ici des moteurs en général, et non des micromoteurs.
Types d’éléments de fixation permettant de relier l’arbre du moteur aux composants
Lors de l’assemblage de l’arbre du moteur et de la pièce à entraîner, le choix du type de pièce de fixation peut permettre d’améliorer la facilité de montage et de démontage, ainsi que de compenser les erreurs d’alignement. Nous vous présentons ici les pièces de fixation les plus courantes et les combinaisons optimales avec les différentes formes d’arbres.
Contenu abordé dans cette section
- Types d’accouplements et critères de sélection
- Caractéristiques et utilisations des bagues sans clavette
- Combinaison optimale entre la forme de l’axe et les pièces de fixation
Le choix des pièces de fixation dépend non seulement de la forme de l’arbre du moteur, mais également du couple transmis et de la fréquence d’entretien.
Types d’accouplements et critères de sélection
Un accouplement est un composant mécanique qui relie l’arbre menant (tel qu’un moteur) à l’arbre mené afin de transmettre la puissance. Il est utilisé lorsque l’on souhaite prolonger l’arbre du moteur ou lorsque l’on ne souhaite pas usiner directement cet arbre. Il existe des produits adaptés à divers modes de fixation, tels que la fixation par vis, la fixation par pression de surface ou la fixation par clavette.
Voici les principaux types d’accouplements :
| Types | Caractéristiques |
| Type rigide | Ne présente aucune flexibilité et offre une grande rigidité à la torsion. Un centrage de haute précision de l’axe est nécessaire |
| Type Oldham | Permet une certaine tolérance en matière d’excentricité et d’angle de décalage, et facilite le montage. Une vérification des spécifications est nécessaire pour les applications à rotation rapide |
| Type à disque | Permet une conception réduisant le jeu et s’adapte à des vitesses de rotation élevées. De structure simple, il est facile à monter et à démonter |
| Type « Joe » | Le matériau élastique absorbe les chocs et les vibrations. Grande polyvalence |
Lors de la sélection, vous devez choisir le type adapté aux conditions de conception en vous basant sur le couple admissible, la tolérance de désalignement et la vitesse de rotation.Dans le domaine des équipements médicaux et industriels, il est également judicieux de prendre en compte la facilité de remplacement du moteur lors des opérations de maintenance. Les micromoteurs de C.I. Takiron sont disponibles avec un arbre à profil en D ou un arbre rond, ce qui permet leur raccordement à divers types d’accouplements.
Caractéristiques et utilisations des douilles sans clavette
La douille sans clavette est une pièce permettant de fixer directement un arbre à un élément rotatif (moyeu), tel qu’un engrenage ou une poulie.Grâce à leur forme conique, elles exploitent le « principe du coin » et possèdent une structure permettant de transmettre le couple par serrage par pression superficielle. Lorsque le boulon est serré, la surface conique génère une force de frottement élevée entre l’arbre et le bossage, ce qui permet un fixage solide même en l’absence de rainure de clavette.
Les bagues sans clavette présentent les avantages suivants.
[Principaux avantages des bagues sans clé]
- Réduction de la concentration des contraintes au niveau de l’arbre et du bossage grâce à l’absence d’usinage de rainure de clavette
- Montage et démontage faciles, grâce au simple resserrage des vis
- Garantie d’une capacité de transmission de couple élevée grâce à la force de frottement générée sur l’ensemble de la surface de contact
Il s’agit de pièces de fixation utilisées dans des applications nécessitant des montages et démontages fréquents, telles que les pompes industrielles ou les convoyeurs.
Combinaison optimale entre la forme de l’axe et les pièces de fixation
En associant de manière appropriée la forme de l’arbre et les pièces de fixation, il est possible d’obtenir la méthode de fixation la mieux adaptée à chaque application. Vous trouverez ci-dessous un récapitulatif des pièces de fixation et des méthodes de fixation recommandées pour chaque forme d’arbre.
| Forme de l’axe | Pièces et méthodes de fixation recommandées | Applications adaptées |
| Axe en D | Accouplements à fixation par vis ou par serrage | Connexion aisée aux petits moteurs standard ; sélection facile des composants |
| Arbre à rainure de clavette | Accouplement à clavette | Applications à forte charge où un couple élevé est généré sur l’arbre de sortie |
Par ailleurs, pour les applications à forte charge, la combinaison d’un arbre à rainure de clavette et d’un accouplement à clavette est recommandée. Il est conseillé de choisir la combinaison adaptée aux conditions d’utilisation et de vérifier les performances dès la phase de prototypage.
*Il s’agit ici de moteurs en général, et non des micromoteurs de notre société.
Points à prendre en compte dans la pratique concernant les méthodes de fixation de l’arbre du moteur
Chaque méthode de fixation de l’arbre du moteur comporte des points à prendre en compte dans la pratique. Comprendre les caractéristiques de chaque mode de fixation et prendre les mesures nécessaires dès la phase de conception permet d’éviter les problèmes après l’assemblage.
Contenu abordé dans cette section
- Mécanismes à l’origine du desserrage des vis et mesures préventives
- Difficultés techniques et problèmes de coût liés à l’assemblage par clavette
- Risque de perte de résistance des fixations à goupille et domaine d’application
Veuillez prendre connaissance des faiblesses et des mesures correctives associées à chaque méthode de fixation, puis choisir la méthode de fixation adaptée aux conditions d’utilisation.
Mécanismes à l’origine du desserrage des vis et mesures préventives
Le serrage par vis (vis de blocage) est une méthode simple, mais elle comporte un risque de desserrage. Les vis de blocage, dont la force de serrage est faible, conviennent aux applications à faible charge, mais leur utilisation dans des applications à forte charge nécessite un examen approfondi.
L’une des principales causes de desserrage des vis est la diminution de la force de frottement entre la surface d’appui et la pièce.Les cas de desserrage peuvent être classés en deux catégories : ceux où l’écrou se desserre sans tourner ( desserrage initial, enfoncement, vibrations, différences de température ) et ceux où l’écrou effectue un mouvement de rotation inverse avant de se desserrer.
Parmi les mesures de prévention du desserrage, on peut citer le resserrage périodique afin de rétablir la force axiale.Par ailleurs, l’utilisation de rondelles élastiques ou dentées, le serrage à l’aide d’un double écrou, ainsi que l’application d’une colle anti-desserrage sur la partie filetée s’avèrent également efficaces. Les vis de blocage (vis de réglage) ne disposant pas de surface d’appui, les rondelles habituellement utilisées avec les boulons et écrous ne peuvent pas être employées.Pour empêcher le desserrage des vis de blocage, il convient d’appliquer un adhésif anti-desserrage (frein-filet) sur la partie filetée. Dans le cas d’un axe à profil en D, la structure consistant à maintenir la partie plane à l’aide d’une vis rend le desserrage moins probable qu’avec un axe rond ; toutefois, pour les applications soumises à des charges élevées, veuillez envisager de passer à un serrage par serrage ou par pression sur la surface.
Difficultés techniques et problèmes de coût liés à l’assemblage par clavette
Bien que l’assemblage par clavette permette d’assurer une capacité élevée de transmission du couple, l’usinage des rainures de clavette nécessite des équipements spécialisés. En particulier, l’usinage des rainures de clavette sur les pièces rotatives ne peut être réalisé que par un nombre limité d’équipements, ce qui peut s’avérer difficile à mettre en œuvre pour les particuliers ou les petites usines.
Les équipements nécessaires à l’usinage de rainures de clavette et leurs caractéristiques sont les suivants :
| Nom de l’équipement | Caractéristiques |
| Machine à brocher | Convient à l’usinage en série de rainures de clavette de diamètre intérieur. Coût d’acquisition élevé. |
| Machine à rainurer | Permet l’usinage de rainures de clavette à diamètre intérieur. La vitesse d’usinage est inférieure à celle d’une brocheuse. |
| Machine d’électroérosion à fil | Permet de traiter des formes complexes. Le temps d’usinage est long et le coût élevé. |
En règle générale, les coûts d’usinage et le temps de montage ont tendance à augmenter. Il est nécessaire de vérifier, dès la phase de conception, si l’usinage d’une rainure de clavette est possible et de s’assurer au préalable des capacités des équipements de l’usine chargée de l’usinage. Dans le cas d’applications soumises à des charges élevées nécessitant une transmission fiable du couple, il est préférable d’opter pour un assemblage par clavette, même si cela implique une augmentation des coûts.
Risques de perte de résistance des fixations à goupille et domaine d’application
La fixation par goupille consiste à percer un trou dans l’axe et à y enfoncer une goupille par pression. Il convient de noter que la résistance de l’axe au niveau du trou percé diminue, ce qui entraîne une concentration de contraintes. Si la précision d’usinage est insuffisante, la goupille ne pourra pas être enfoncée correctement et la fixation ne sera pas valable.
Si vous ne pouvez pas garantir des calculs de résistance suffisants et une précision d’usinage adéquate, il convient d’étudier attentivement cette solution. Toutefois, dans le cadre d’une fabrication amateur, si vous souhaitez obtenir une fixation plus solide qu’avec une vis de blocage, vous pouvez également recourir à des goupilles de centrage (goupilles parallèles, goupilles coniques, etc.). Il s’agit d’une option valable pour les robots ou les prototypes fabriqués à titre amateur.
Par ailleurs, les moteurs sans noyau de C.I. Takiron ne comportant pas de noyau en fer, ils ne génèrent en principe pas de cogging (irrégularités de rotation) et se caractérisent par de faibles vibrations lors de leur fonctionnement. En tenant compte des caractéristiques vibratoires dès la phase de sélection du moteur, il est possible de concevoir un système réduisant la charge exercée sur les points de fixation.
Résumé
La méthode de fixation de l’arbre du moteur et de l’arbre de sortie du réducteur doit être choisie de manière appropriée en fonction de la forme de l’arbre (arbre à rainure en D, arbre rond, arbre à rainure de clavette) et des conditions d’utilisation. L’arbre à rainure en D est une forme couramment utilisée dans les réducteurs de petite taille ; il est généralement fixé à l’aide de vis ou par serrage.L’arbre rond permet un contact sur toute la circonférence ; c’est donc une forme qui permet de garantir facilement une capacité de transmission de couple élevée lorsqu’elle est associée à un système de fixation par pression de surface, tel qu’un serrage par bride. L’arbre à rainure de clavette permet d’assurer une capacité de transmission de couple élevée et convient aux applications à couple élevé.
Le serrage par vis est simple, mais présente un risque de desserrage, tandis que le serrage par clavette, bien que solide, est limité par les équipements d’usinage disponibles dans la pratique. L’utilisation de composants de fixation tels que des accouplements ou des douilles sans clavette permet d’améliorer encore davantage la facilité de montage et de démontage ainsi que la facilité d’entretien.
Veuillez prendre connaissance des caractéristiques propres à chaque forme d’arbre ainsi que des avantages et des points à prendre en compte pour chaque méthode de fixation, et étudiez la combinaison optimale dès la phase de conception.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteur sans balais : https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur : https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un petit moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact. Nos techniciens vous écouteront pour comprendre votre application et vos exigences, puis vous proposeront la solution la mieux adaptée.
- Contact : https://cik-ele.com/contact/
