1. Introduction
Les chaînes à rouleaux, un élément essentiel des systèmes mécaniques, ont joué un rôle essentiel dans la transmission de la puissance dans un large éventail d'applications depuis leur création. Leur conception, un mélange harmonieux de simplicité et de fonctionnalité, permet un transfert efficace du mouvement de rotation entre les arbres, ce qui en fait une référence dans les machines modernes. Cette exploration complète se fera dans leurs diverses applications, les nuances des différents matériaux utilisés dans leur construction, les subtilités de leur structure et les processus de fabrication méticuleux impliqués.
2. Applications
2.1 applications industrielles
2.1.1 secteur de la fabrication
Dans les usines de fabrication, les chaînes à rouleaux sont omniprésentes. Dans la fabrication automobile, ils alimentent des systèmes de convoyeurs qui transportent des pièces de voiture le long de la chaîne de montage. Par exemple, dans le montage du moteur, les chaînes à rouleaux assurent le mouvement précis des composants vers les différents postes de travail. La capacité de charge élevée et la durabilité de ces chaînes sont essentielles, car elles fonctionnent en continu sous des contraintes importantes. Dans l'industrie électronique, où la précision est primordiale, les chaînes à rouleaux sont utilisées dans les machines de saisie et de placement. Ces chaînes doivent être extrêmement précises dans leur mouvement pour positionner les petits composants électroniques avec une précision de niveau micron.
2.1.2 exploitation minière et construction
Les équipements miniers, tels que les élévateurs à godets et les mineurs continus, reposent sur des chaînes à rouleaux robustes. Dans une mine de charbon, les élévateurs à godets utilisent des chaînes à rouleaux pour soulever de lourdes charges de charbon de l'arbre de la mine à la surface. Les chaînes doivent résister à des conditions difficiles, notamment à la poussière de charbon abrasive et à une humidité élevée. Dans la construction, les grues à tour utilisent des chaînes à rouleaux dans leurs mécanismes de levage. Ces chaînes sont conçues pour supporter les charges importantes associées au levage de matériaux de construction à de grandes hauteurs, souvent dans des conditions météorologiques défavorables.
2.1.3 Industrie alimentaire et des boissons
Dans la production alimentaire et de boissons, l'hygiène et la résistance à la corrosion sont de la plus haute importance. Les chaînes à rouleaux de cette industrie sont utilisées dans les convoyeurs qui transportent des produits alimentaires. Les chaînes à rouleaux en acier inoxydable sont couramment utilisées car elles résistent à la corrosion des agents de nettoyage et des substances alimentaires. Par exemple, dans une usine d'embouteillage, les chaînes à rouleaux déplacent les bouteilles à travers les processus de remplissage, de bouchage et d'étiquetage. Les chaînes doivent être faciles à nettoyer et ne pas contaminer les aliments ou les boissons.
2.2 applications de transport
2.2.1 moteurs automobiles et de motocyclettes
Dans les moteurs à combustion interne, les chaînes à rouleaux jouent un rôle crucial dans les mécanismes de calage. Ils synchronisent la rotation de l'arbre à cames et du vilebrequin, en s'assurant que les soupapes du moteur s'ouvrent et se ferment aux intervalles corrects. Dans les moteurs hautes performances, comme ceux des voitures de sport et des motos, les chaînes à rouleaux de précision sont utilisées pour supporter des vitesses élevées et des conditions de couple élevé. Ces chaînes sont conçues pour être légères mais solides afin de minimiser les forces d'inertie tout en maintenant un fonctionnement fiable.
2.2.2 transmissions de vélo
Les bicyclettes utilisent des chaînes à rouleaux pour transférer la puissance des pédales à la roue arrière. Les chaînes pour bicyclettes sont conçues pour être légères et efficaces. Ils doivent pouvoir passer en douceur d'un rapport à l'autre, ce qui nécessite un haut degré de flexibilité. Dans les VTT, où les chaînes sont soumises à des conditions plus abrasives telles que la saleté et la boue, elles sont également conçues pour être plus durables et résistantes à la corrosion.
2.3 applications pour les consommateurs et les ménages
2.3.1 équipement de fitness
Les appareils de fitness comme les tapis roulants et les appareils d'entraînement elliptiques utilisent des chaînes à rouleaux pour transférer la puissance du moteur aux pièces mobiles. Dans un tapis roulant, la chaîne à rouleaux entraîne la courroie de roulement. Ces chaînes sont conçues pour fonctionner silencieusement et en douceur afin de fournir une expérience utilisateur agréable. Ils doivent également être suffisamment résistants pour résister à une utilisation continue dans un centre de fitness ou à la maison.
2.3.2 appareils électroménagers
Certains appareils ménagers, comme les sèche-linge, utilisent des chaînes à rouleaux pour faire tourner le tambour. Les chaînes de ces appareils doivent être fiables et capables de fonctionner dans un environnement chaud et humide. Ils sont souvent faits de matériaux qui résistent à la rouille et à la corrosion, assurant des performances à long terme dans le cadre de la maison.
3. Avantages et inconvénients des différents matériaux
3.1 acier au carbone
3.1.1 avantages
- Résistance élevée - à - ratio coût: L'acier au carbone est relativement peu coûteux par rapport à de nombreux autres matériaux, mais il offre une bonne résistance. C'est donc un choix populaire pour les applications où le coût est un facteur important, comme les convoyeurs industriels à usage général.
- Bonne résistance à l'usure : avec un traitement thermique approprié, l'acier au carbone peut développer une couche de surface dure, ce qui améliore sa résistance à l'usure. Cela le rend adapté aux applications où la chaîne est soumise à des conditions de friction élevées, comme dans les machines agricoles.
- Facilité d'usinage : l'acier au carbone est relativement facile à usiner, ce qui permet la production de formes complexes et de dimensions précises. Cela est bénéfique pendant le processus de fabrication des chaînes à rouleaux, car il permet une production efficace.
3.1.2 inconvénients
- Faible résistance à la corrosion : l'acier au carbone est très sensible à la rouille et à la corrosion, en particulier dans les environnements humides ou corrosifs. Dans les applications extérieures ou dans les industries où l'exposition aux produits chimiques est courante, les chaînes en acier au carbone peuvent nécessiter un entretien fréquent, comme la peinture ou la galvanisation, pour éviter la corrosion.
- Résistance à la fatigue limitée : en cas de charge cyclique à contrainte élevée, les chaînes en acier au carbone peuvent subir une rupture de fatigue plus rapidement que certains autres matériaux. Cela peut limiter leur utilisation dans les applications où la chaîne est soumise à des contraintes continues et d'intensité élevée, comme dans les machines à grande vitesse.
Acier inoxydable 3.2
3.2.1 avantages
- Résistance exceptionnelle à la corrosion : l'acier inoxydable contient du chrome et d'autres éléments d'alliage qui forment une couche d'oxyde passif sur sa surface, offrant une excellente résistance à la corrosion. Il est donc idéal pour les applications dans l'industrie agroalimentaire, l'équipement médical et les environnements marins.
- Bon attrait esthétique : l'acier inoxydable a une apparence brillante et brillante, qui est attrayante dans les applications où la chaîne est visible, comme dans certains équipements de fitness et de la machinerie décorative.
- Résistance aux températures élevées : l'acier inoxydable peut conserver ses propriétés mécaniques à des températures élevées mieux que l'acier au carbone. Cela le rend adapté aux applications où la chaîne peut être exposée à la chaleur, comme dans les fours ou les fours industriels.
3.2.2 inconvénients
- Coût plus élevé : la production d'acier inoxydable implique des processus plus complexes et l'utilisation d'éléments d'alliage coûteux, ce qui se traduit par un coût plus élevé que celui de l'acier au carbone. Cela peut limiter son utilisation dans les applications sensibles aux coûts.
- Rapport résistance/poids inférieur : par rapport à certains alliages à haute résistance, l'acier inoxydable présente un rapport résistance/poids relativement inférieur. Dans les applications où le poids est un facteur critique, comme dans l'aérospatiale ou les composants automobiles hautes performances, cela peut être un inconvénient.
Acier allié 3.3
3.3.1 avantages
- Résistance et ténacité supérieures : l'acier allié, avec l'ajout d'éléments tels que le manganèse, le molybdène et le nickel, offre une résistance et une ténacité accrues. Il est donc adapté aux applications à charge élevée, comme les équipements miniers lourds et les machines industrielles de grande envergure.
- Excellente résistance à la fatigue : les chaînes en alliage et en acier peuvent supporter un chargement cyclique à contrainte élevée pendant des périodes prolongées sans subir de rupture par fatigue. Ceci est essentiel dans les applications où la chaîne est soumise à une contrainte continue et d'intensité élevée, comme dans les systèmes de transmission de puissance.
- Propriétés adaptables : en ajustant la composition de l'alliage et le processus de traitement thermique, les propriétés de l'acier allié peuvent être adaptées pour répondre à des exigences d'application spécifiques. Cette flexibilité permet la production de chaînes avec des performances optimisées pour différentes conditions de fonctionnement.
3.3.2 inconvénients
- Coût élevé : la production d'acier allié nécessite un contrôle précis de la composition de l'alliage et des processus de traitement thermique complexes, ce qui la rend plus coûteuse que l'acier au carbone. En outre, le coût de certains éléments d'alliage, comme le molybdène et le nickel, peut être élevé.
- Processus de fabrication complexe : la fabrication de chaînes en alliage - acier nécessite un équipement spécialisé et des opérateurs qualifiés pour assurer les processus d'alliage et de traitement thermique appropriés. Cette complexité peut augmenter le temps et les coûts de production.
4. Structure
4.1 composants de base
4.1.1 plaques de liaison
- Plaques de liaison externes : les plaques de liaison externes sont généralement rectangulaires ou ovales. Ils servent de composants de charge principale - roulement de la chaîne, reliant les axes et fournissant l'intégrité structurelle. Les plaques de liaison extérieures sont généralement en acier haute résistance et sont conçues pour résister aux forces de traction générées pendant le fonctionnement de la chaîne.
- Plaques de liaison internes : les plaques de liaison internes sont disposées en alternance avec les plaques de liaison externes. Ils contribuent également à la capacité de charge de la chaîne et sont conçus pour s'adapter parfaitement aux manchons et aux rouleaux. Les plaques de liaison internes sont souvent fabriquées dans le même matériau que les plaques de liaison externes et sont fabriquées selon des dimensions précises pour garantir un fonctionnement en douceur.
4.1.2 broches
Les axes sont des composants cylindriques qui relient les plaques de liaison externe et interne. Ils sont soumis à des forces de cisaillement lorsque la chaîne se courbe et transmet la puissance. Les axes sont généralement fabriqués en alliage d'acier de haute qualité et sont traités thermiquement pour augmenter leur dureté et leur résistance à l'usure. Le diamètre et la longueur des axes sont soigneusement conçus en fonction des exigences de charge de la chaîne.
4.1.3 manchons
Les manchons sont des composants cylindriques creux qui s'adaptent sur les axes. Ils offrent une surface lisse sur laquelle les rouleaux tournent et contribuent à réduire la friction entre la chaîne et le pignon. Les manchons sont généralement fabriqués en acier à faible teneur en carbone et sont cémentés pour augmenter leur dureté de surface. Le diamètre intérieur des manchons est conçu pour s'adapter précisément aux axes, tandis que le diamètre extérieur est dimensionné pour s'adapter aux rouleaux.
4.1.4 rouleaux
Les rouleaux sont les composants qui entrent en contact avec les dents du pignon. Ils sont conçus pour rouler le long des dents du pignon, convertissant la friction de glissement en friction de roulement, ce qui réduit considérablement l'usure et la consommation d'énergie. Les rouleaux sont généralement fabriqués en acier à roulement au chrome carbone et sont traités thermiquement pour obtenir une dureté et une résistance à l'usure élevées. Le diamètre et la largeur des rouleaux sont soigneusement sélectionnés en fonction des exigences de l'application.
4.2 Configuration de chaîne
4.2.1 chaînes de rangée simples
Les chaînes à simple rangée sont le type de chaîne à rouleaux le plus basique. Ils se composent d'une seule rangée de plaques de liaison, de goupilles, de manchons et de rouleaux. Les chaînes à simple rangée sont adaptées aux applications où les exigences de charge/roulement sont relativement faibles, comme dans les convoyeurs à petite échelle, les chaînes de transmission de bicyclettes et certains appareils ménagers. Ils sont simples dans la structure, faciles à fabriquer, et rentable.
4.2.2 chaînes multi-rangs
Les chaînes à rangs multiples sont composées de deux rangées parallèles ou plus de chaînes à rangs simples. En augmentant le nombre de rangées, les chaînes à plusieurs rangées peuvent supporter des charges beaucoup plus élevées. Ils sont couramment utilisés dans les applications lourdes, comme les équipements miniers, les convoyeurs industriels de grande taille et certains moteurs automobiles de grande puissance. Les chaînes à plusieurs rangées nécessitent une fabrication et une installation plus précises pour assurer une répartition uniforme de la charge entre les rangées.
4.3 connexion et jonction
4.3.1 liaisons de connecteur
Les maillons de connexion sont utilisés pour joindre les extrémités d'une chaîne à rouleaux. Ils sont conçus pour être facilement installés et déposés, ce qui permet de régler et de remplacer la longueur de la chaîne. Les maillons de connexion sont généralement constitués d'une plaque de liaison externe spéciale et d'une broche qui peut être insérée et fixée. Dans certains cas, une agrafe de retenue ou une goupille fendue est utilisée pour empêcher la goupille de sortir.
4.3.2 connexions rivetées
Dans les applications où une connexion plus permanente est nécessaire, des connexions rivetées sont utilisées. Dans cette méthode, les extrémités des goupilles sont évasées ou vissée après l'installation pour créer un joint non détachable. Les connexions rivetées offrent une connexion haute résistance et fiable, mais elles sont plus difficiles à démonter si un entretien ou un remplacement est nécessaire.
5. Méthodes de fabrication
5.1 préparation de la matière première
5.1.1 sélection du matériau
- Matériaux de la plaque de liaison : comme nous l'avons vu précédemment, l'acier au carbone, l'acier inoxydable et l'acier allié sont couramment utilisés pour les plaques de liaison. Le choix du matériau dépend des exigences de l'application, telles que la capacité de charge, la résistance à la corrosion et le coût. Pour les applications générales, l'acier au carbone est souvent suffisant. Pour les applications dans les environnements corrosifs, l'acier inoxydable ou l'acier allié peut être préféré.
- Matériaux pour goupilles, manchons et rouleaux : les goupilles sont généralement fabriquées en acier allié au carbone moyen pour garantir une résistance élevée et une résistance à l'usure. Les manchons et les rouleaux sont généralement fabriqués en acier à roulement au chrome carbone. Ces matériaux sont sélectionnés pour leur capacité à résister aux conditions de friction élevées et élevées rencontrées lors du fonctionnement de la chaîne.
5.1.2 contrôle de la qualité des matières premières
Avant de commencer le processus de fabrication, les matières premières sont soigneusement inspectées. Cela comprend la vérification de la composition chimique, des propriétés mécaniques et de la précision dimensionnelle. Par exemple, la teneur en carbone des matières premières carbone-acier est soigneusement analysée pour s'assurer qu'elle répond aux spécifications requises. La dureté et la résistance à la traction des matériaux sont également testées pour vérifier leur qualité.
5.2 Fabrication de plaques de liaison
5.2.1 processus d'emboutissage
- Conception de matrice : la première étape du lien - la fabrication de plaques est la conception de matrice. La matrice est conçue pour couper et façonner avec précision les plaques de liaison des feuilles de matière première. La conception de la matrice prend en compte des facteurs tels que la forme de la plaque de liaison, l'épaisseur du matériau et le volume de production requis. Pour les plaques de liaison complexes, des matrices multi-étagées peuvent être utilisées.
- Opération d'emboutissage : une fois la matrice fabriquée, les feuilles de matière première sont alimentées dans une presse d'emboutissage. La presse applique une force élevée à la matrice, coupant et façonnant les plaques de liaison. Le procédé d'emboutissage est très efficace et peut produire un grand nombre de plaques de liaison en un temps court. Toutefois, un contrôle qualité strict est nécessaire pour garantir que les plaques de liaison répondent aux normes de dimension et de qualité.
5.2.2 processus de forgeage
- Chauffage et forgeage : pour les plaques de maillons qui nécessitent une résistance et une ténacité supérieures, le processus de forgeage peut être utilisé. La matière première est chauffée à une température appropriée, puis forgée à l'aide d'un marteau forgeant ou d'une presse. Le processus de forgeage permet d'améliorer la structure interne du matériau, ce qui permet d'obtenir des plaques de liaison plus solides. Lors de la forge, le matériau est formé dans la forme de lien - plaque souhaitée par une série de déformations contrôlées.
- Traitement thermique après forgeage : après forgeage, les plaques de liaison sont généralement traitées à la chaleur pour améliorer encore leurs propriétés mécaniques. Les procédés de traitement thermique tels que le trempe et la trempe sont utilisés pour régler la dureté, la résistance et la dureté des plaques de liaison. Les paramètres de traitement thermique sont soigneusement contrôlés pour obtenir les propriétés souhaitées.
5.3 Fabrication de broches, de manchons et de rouleaux
Fabrication à 5.3.1 broches
- Opérations d'usinage : les axes sont généralement usinés à partir d'un brut de barre. Le brut de barre est d'abord coupé à la longueur requise, puis tourné sur un tour pour atteindre le diamètre désiré. Après le virage, les axes peuvent être meulé pour améliorer leur état de surface et leur précision dimensionnelle. Le procédé d'usinage est soigneusement contrôlé pour s'assurer que les axes ont le diamètre, la longueur et l'état de surface corrects.
- Traitement thermique : pour améliorer la résistance et la résistance à l'usure des broches, elles sont traitées à la chaleur. Le processus de traitement thermique implique généralement un quenching et un tempérament. Le trempe implique un refroidissement rapide des axes dans un milieu approprié, tel que l'huile ou l'eau, pour augmenter leur dureté. La trempe est alors effectuée pour réduire la dureté et régler la dureté des axes.
5.3.2 Fabrication de manchons
- Découpe et usinage de tubes : les manchons sont souvent fabriqués à partir de tubes en acier sans soudure. Les tubes sont coupés à la longueur requise, puis usinés pour obtenir les diamètres intérieurs et extérieurs souhaités. Le diamètre intérieur du manchon est soigneusement usiné pour assurer un ajustement précis avec la goupille, tandis que le diamètre extérieur est dimensionné pour s'adapter au rouleau. Le procédé d'usinage peut impliquer des opérations de tournage, d'alésage et de meulage.
- Cas - durcissement : pour améliorer la dureté de surface des manchons, ils sont cémentés. Cas - le durcissement implique l'introduction d'un élément de durcissement, tel que le carbone ou l'azote, dans la couche de surface du manchon. Cela se fait généralement par des processus tels que la carburation ou la nitruration. Les manchons trempés case sont dotés d'une couche extérieure dure et d'un noyau dur, offrant une bonne résistance à l'usure et une bonne résistance à la fatigue.
5.3.3 Fabrication de rouleaux
- Obturation et forgeage : les rouleaux sont généralement faits en obturant d'abord un disque - en forme de blanc d'une feuille d'acier à roulement de chrome carbone élevé. Le blanc est ensuite forgé pour former le rouleau. Le forgeage permet d'améliorer la densité et les propriétés mécaniques du rouleau. Pendant la forge, le blanc est chauffé et ensuite formé à l'aide d'une matrice de forge.
- Usinage et traitement thermique : après forgeage, les rouleaux sont usinés pour obtenir les dimensions finales et la finition de surface. Les opérations d'usinage peuvent inclure le tournage, le meulage et le rodage. Les rouleaux sont ensuite traités thermiquement pour obtenir une dureté et une résistance à l'usure élevées. Les procédés de traitement thermique tels que le trempe et la trempe sont couramment utilisés. Les paramètres de traitement thermique sont soigneusement contrôlés pour garantir que les rouleaux ont la dureté et la dureté souhaitées.
5.4 ensemble chaîne
5.4.1 assemblage manuel
Dans certaines productions à petite échelle ou pour des chaînes spécialisées, l'assemblage manuel peut être utilisé. Des techniciens qualifiés assemblent soigneusement les plaques de liaison, les axes, les manchons et les rouleaux. Les axes sont insérés dans les trous de la plaque de liaison et les manchons, et les rouleaux sont ensuite installés sur les manchons. Lors du montage manuel, les ouvriers s'assurent que tous les composants sont correctement alignés et que la chaîne se déplace librement. L'assemblage manuel permet une plus grande flexibilité dans la manipulation de chaînes complexes.
5.4.2 assemblage automatisé
Pour la production à grande échelle, les chaînes d'assemblage automatisées sont souvent utilisées. Les machines d'assemblage automatisées sont conçues pour assembler efficacement les composants de la chaîne. Ces machines peuvent insérer avec précision des axes, installer des manchons et des rouleaux et connecter les plaques de liaison. Les chaînes d'assemblage automatisées sont hautement productives et peuvent garantir une qualité constante. Toutefois, ils nécessitent des investissements importants dans l'équipement et la programmation.
5.5 contrôle et essais de la qualité
5.5.1 inspection dimensionnelle
Après le montage, les chaînes à rouleaux sont soumises à un contrôle dimensionnel. Cela comprend la mesure du pas de la chaîne (la distance entre les axes adjacents), de la largeur des plaques de liaison et du diamètre des axes, manchons et galets. La précision dimensionnelle de la chaîne est essentielle pour un fonctionnement correct et une compatibilité avec les pignons. Tout écart par rapport aux dimensions spécifiées peut entraîner des performances médiocres ou une défaillance prématurée.
5.5.2 essais de résistance en traction
Pour s'assurer que la chaîne peut supporter les charges attendues, des essais de résistance à la traction sont effectués. Une chaîne d'échantillonnage est placée dans une machine d'essai de traction et une charge croissante est appliquée progressivement jusqu'à ce que la chaîne tombe en panne. La charge maximale que la chaîne peut supporter est enregistrée et cette valeur est comparée à la résistance à la traction requise pour l'application spécifique. Les chaînes qui ne répondent pas aux exigences de résistance à la traction sont rejetées.
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