Arbre cannelé de boîte de vitesses pour moteur en acier au carbone droit étagé 45# 35# en alliage d'aluminium, fabriqué sur mesure par un fabricant d'équipement d'origine (OEM), best-seller en Chine.

Types de splines

Il existe quatre types de cannelures : à développante, à clavette parallèle, hélicoïdales et à billes. Découvrez leurs caractéristiques. En cas de doute, n'hésitez pas à demander un devis. Ces cannelures sont couramment utilisées pour la construction de machines spéciales, les réparations et d'autres applications. La société CZPT Manufacturing Company fabrique ces arbres. Spécialisée dans ce domaine, elle se tient à votre disposition.

splines en développante

La cannelure en développante offre une structure plus rigide et durable, et se décline en différents diamètres et nombres de cannelures. Généralement, on utilise comme matières premières l'acier, l'acier au carbone ou le titane. D'autres matériaux, comme la fibre de carbone, peuvent convenir. Cependant, la production de titane étant complexe, certains fabricants optent pour d'autres matériaux.
L'utilisation de cannelures dans les arbres empêche la séparation des pièces en cours de fonctionnement. Ces caractéristiques en font un choix idéal pour la fixation d'assemblages mécaniques. Les cannelures à gorge incurvée vers l'intérieur ne présentent pas d'angles vifs et sont donc moins susceptibles de se casser ou de se séparer pendant leur fonctionnement. Ces propriétés leur permettent de résister aux opérations à grande vitesse, telles que le freinage, l'accélération et la marche arrière.
Une cannelure mâle est munie d'une face orientée vers l'extérieur, et une cannelure femelle est insérée par son centre. Les dents de la cannelure mâle présentent généralement des extrémités chanfreinées afin de permettre un dégagement au niveau de la zone de transition. Le rayon et la largeur des dents d'une cannelure mâle sont généralement supérieurs à ceux d'une cannelure femelle. Ces spécifications sont définies dans les manuels de conception ANSI ou DIN.
L'épaisseur effective d'une dent cannelée dépend de l'erreur de profil en développante et de l'erreur d'hélice. L'espacement des dents et des rainures de clavette influe également sur cette épaisseur. Les cannelures en développante d'un arbre cannelé sont conçues pour que, lors de l'accouplement, au moins 25 % des dents soient en prise, assurant ainsi une répartition uniforme de la charge et de l'usure.

Splines à clés parallèles

Un arbre cannelé parallèle présente une hélice de rainures de même diamètre sur sa circonférence. Ces rainures sont généralement parallèles ou en développante. Les cannelures minimisent les concentrations de contraintes dans les articulations fixes et permettent les mouvements linéaires et rotatifs. Elles peuvent être taillées ou laminées à froid. Les cannelures laminées à froid sont plus résistantes que les cannelures taillées et sont souvent utilisées dans les applications exigeant une grande résistance, une précision élevée et une surface lisse.
Un arbre cannelé à clavettes parallèles présente des rainures et des clavettes parallèles à son axe. Cette conception est particulièrement adaptée aux applications où la résistance à la charge et la fluidité de mouvement sont primordiales. Un arbre cannelé à clavettes parallèles peut être fabriqué en aciers alliés, des alliages à base de fer pouvant contenir du chrome, du nickel, du molybdène, du cuivre ou d'autres éléments d'alliage.
Un arbre cannelé peut servir à transmettre un couple et à empêcher la rotation lorsqu'il est utilisé comme guide linéaire. Ces arbres possèdent un profil carré qui s'emboîte dans des rainures d'une pièce correspondante et transmet ainsi le couple et la rotation. Leur longueur est facilement ajustable et ils sont couramment utilisés dans l'aérospatiale. Leur fiabilité et leur résistance à la fatigue en font un excellent choix pour de nombreuses applications.
La principale différence entre un arbre cannelé à clavettes parallèles et un arbre claveté réside dans la plus grande flexibilité offerte par le premier. L'absence de rainures préserve la capacité de transmission du couple. Les cannelures assurent une répartition uniforme de la charge sur les dents, ce qui se traduit par une durée de vie accrue de l'arbre. En agriculture, la durée de vie de l'arbre est primordiale. Les équipements agricoles, par exemple, doivent pouvoir fonctionner à haute vitesse pendant de longues périodes.

splines hélicoïdales en développante

Les cannelures en développante sont une conception courante pour les arbres cannelés. Ce sont les plus répandues et elles se caractérisent par un espacement régulier entre leurs dents. Ces dernières sont également plus courtes que celles des arbres cannelés à cannelures parallèles, ce qui réduit la concentration des contraintes. Ces cannelures permettent de transmettre la puissance à des engrenages flottants ou fixes et de limiter les concentrations de contraintes dans l'assemblage. Les cannelures en développante sont les plus courantes et sont largement utilisées dans de nombreuses applications, notamment dans l'automobile et les machines-outils.
Les arbres à cannelures hélicoïdales en développante sont idéaux pour les applications impliquant un mouvement axial et une rotation. Ils permettent l'engagement et le désengagement d'un accouplement à faces parallèles. Cette conception autorise également un diamètre supérieur à celui d'un arbre à cannelures parallèles. Il en résulte un réducteur à haut rendement. Outre leur robustesse, les cannelures peuvent aussi être utilisées pour d'autres applications impliquant la transmission de couple et d'énergie.
Un nouveau modèle statistique permet de déterminer le nombre de dents en prise pour une charge donnée. Ces cannelures se caractérisent par un ajustement serré au niveau des diamètres principaux, assurant ainsi la concentricité de l'arbre à la cannelure femelle. La cannelure mâle présente des extrémités chanfreinées pour le dégagement avec la zone de transition. Les manuels de conception ANSI et DIN spécifient les différentes classes d'ajustement.
La conception des cannelures hélicoïdales à développante est similaire à celle des engrenages ; leurs arêtes ou dents s’emboîtent dans les rainures correspondantes d’une pièce en prise. Ce système permet de transmettre le couple et la rotation à la pièce en prise tout en maintenant l’alignement des deux composants. Différents types de cannelures sont utilisés selon les applications. La hauteur des dents peut varier d’une cannelure à l’autre.

Cannelures à billes en développante

L'utilisation de cannelures permet un engrènement régulier entre l'arbre et le moyeu sur toute la circonférence de l'arbre. Grâce à l'espacement constant des dents, la charge transmissible est uniforme et leur position reste toujours la même, quelle que soit la longueur de l'arbre. Que l'arbre serve à transmettre un couple ou de la puissance, les cannelures constituent un excellent choix. Elles offrent une résistance maximale et permettent un mouvement linéaire ou rotatif.
Il existe trois types principaux de cannelures : hélicoïdales, à couronne et à billes. Les cannelures à couronne présentent des rainures équidistantes. Elles possèdent des côtés en développante et des côtés parallèles. Les cannelures hélicoïdales utilisent des dents en développante et sont souvent employées sur des arbres de petit diamètre. Les cannelures à billes contiennent un roulement à billes à l'intérieur de l'arbre cannelé afin de faciliter la rotation et de minimiser la concentration des contraintes dans les articulations fixes.
Les deux types de cannelures sont classés selon les classes d'ajustement ANSI. Les cannelures à fond arrondi possèdent des dents qui s'engrènent le long de l'axe longitudinal de rotation. Les cannelures à fond plat ont des dents similaires, mais sont conçues pour optimiser la résistance lors d'une utilisation de courte durée. Ces deux types de cannelures sont essentiels pour garantir un alignement correct de l'arbre et éviter tout désalignement.
Le coefficient de frottement du moyeu est un phénomène complexe. Lorsque le moyeu est excentré, le centre se déplace de façon prévisible mais irrégulière. De plus, même lorsque l'arbre est centré, le centre peut osciller entre une position centrée et une position excentrée. Pour compenser ce phénomène, le couple doit être suffisant pour maintenir l'arbre dans son axe, quel que soit l'angle de rotation. Bien que les cannelures droites offrent un centrage similaire, elles présentent des facteurs de charge liés au désalignement plus faibles.

Arbres clavetés

Les arbres cannelés possèdent des dents ou des crêtes qui s'emboîtent pour transmettre le couple. Moins hautes que les engrenages à développante, les cannelures assurent une transmission de couple uniforme. Elles permettent également des variations de couple et de rotation, et améliorent la résistance à l'usure. Outre leur durabilité, les arbres cannelés sont très utilisés dans l'industrie aérospatiale, où ils offrent une fiabilité et une durée de vie accrues.
Les arbres clavetés sont disponibles en différents matériaux, longueurs et diamètres. Utilisés dans les applications d'entraînement de forte puissance, ils offrent un couple et des vitesses de rotation plus élevés. Le couple plus important qu'ils produisent contribue à transmettre la puissance à la boîte de vitesses. Cependant, leur durabilité est inférieure à celle des arbres cannelés, raison pour laquelle ces derniers sont généralement préférés dans ces applications. Bien que plus coûteux, les arbres cannelés sont tout aussi efficaces en matière de transmission du couple.
Les arbres clavetés parallèles présentent des profils et des cannelures distincts et sont utilisés dans des applications exigeant une grande précision. Les arbres clavetés à cannelures roulées (35%) sont plus résistants que les arbres à cannelures taillées et sont utilisés lorsque la précision est essentielle. Ces cannelures présentent également une finition lisse, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications de précision. Elles fonctionnent aussi parfaitement avec les engrenages et autres systèmes mécaniques nécessitant une transmission de couple précise.
L'acier au carbone est un autre matériau utilisé pour les arbres cannelés. Il est reconnu pour sa malléabilité, et sa faible teneur en carbone contribue à un fonctionnement fiable. Cependant, si vous recherchez un matériau plus durable, privilégiez l'acier ferreux. Ce type d'acier contient des métaux tels que le nickel, le chrome et le molybdène. Il est important de noter que l'acier au carbone n'est pas le seul matériau à considérer.

Édité par CX le 10/11/2023