vignette|Accouplement flexible de fortune, réalisé à partir de lambeaux de pneu pour transmettre le couple moteur à une pompe. Ce type de joint rattrape les défauts d'alignement et atténue les vibrations. En génie mécanique, un accouplement est une transmission entre les extrémités de deux arbres en rotation pour transmettre un couple de l'un à l'autre. La fonction première des accouplements est de lier deux pièces mobiles d'une machine tournante tout en rattrapant, jusqu'à un certain point, un certain désalignement ou des jeux. Dans une acception plus générale, l'accouplement peut désigner un composant mécanique servant à connecter les extrémités de pièces adjacentes. En principe, les accouplements ne permettent pas le débrayage des arbres (comme les embrayages) durant le mouvement ; toutefois, certains dispositifs sont dotés d'un limiteur de couple qui enclenche un patinage ou un débrayage complet lorsqu'un couple limite est atteint. Le choix d'un accouplement adapté peut permettre de réduire la durée de maintenance et donc le coût de fonctionnement.
Un accouplement peut être élastique (avec un insert élastomère au milieu de l'accouplement), à soufflet ou à lamelles.
Utilisations Les accouplements mécaniques sont utilisés dans l'industrie pour des applications variées. Voici les utilisations les plus communesCf. . : pour entraîner en rotation un élément récepteur à partir d'un élément moteur ; pour réaliser un raccordement rapide entre deux éléments d'un système (par exemple entre un moteur et une pompe) et pouvoir effectuer facilement des travaux d'entretien sur ces éléments ; pour pallier un désalignement axial, radial ou angulaire ; pour ajouter plus de flexibilité dans le système ; pour amortir les vibrations ; pour ajouter une protection contre les pics de couple.
Types Accouplements rigides vignette|Accouplement rotatif Les accouplements fixes ou rigides comportent deux brides qui viennent se fixer aux extrémités de chaque arbre. Ils sont davantage polyvalents que les coupleurs à manchon, et peuvent être posés sur des arbres en place. Ils sont généralement assez épais pour que des boulons traversants assurent la solidarité en rotation des deux arbres. Les coupleurs rigides à flans sont réservés aux couples élevés pour les machines industrielles : ils sont faits d'un manchon cylindrique terminé à l'about par une collerette. Chacun des deux coupleurs est placé à l'extrémité d'un arbre de façon à plaquer les deux collerettes l'une contre l'autre. On solidarise les deux collerettes par des boulons ou des rivets. Ce système de fixation permet d'ailleurs d'assurer la coaxialité des deux arbres avant la fixation proprement dite.
On a recours à des accouplements rigides lorsqu'un alignement précis des axes de rotation est nécessaire ; un désalignement des arbres affectera les performances de l'accouplement ainsi que sa durée de vie.
Clavetage vignette|Arbre claveté. C'est encore l'accouplement rigide le plus élémentaire : un coupleur à clavette consiste en un tuyau en fonte alésé à la tolérance requise par la taille de l'arbre, et une clavette engagée dans l'alésage pour transmettre le couple. Il y a deux alésages pour verrouiller les deux arbres en position.
Coupleurs à collier de serrage C'est une forme d'accouplement sans clavetteCf. qui ne nécessite pas non plus d'usiner l'un des arbres. L'idée de base est analogue au coupleur à clavette, mais le moment cinétique est transmis très près de l'axe de l'arbreCf. : il s'agit de fixer le coupleur par une bague de serrage munie de boulons. Ce dispositif réalise un autocentrage sur chaque arbre et sa maintenance ne requiert qu'une clef ; le prix, évidemment, n'est pas le même.
Joint Hirth vignette|droite|Joint Hirth en aluminium anodisé montrant l'usinage en dents de scie. vignette|droite|Joint Hirth (démonté) couplant les deux axes du pédalier d'un vélo tout-terrain Campagnolo. Le joint ou coupleur inventé par Albert Hirth (1894) sert à liaisonner deux parties d'un arbre en usinant chaque extrémité par des dents triangulaires qui engrènent les unes dans les autres. Le joint Hirth est donc assuré par une succession de dents fraisées ou rectifiées en dents de scie aux extrémités de deux arbres cylindriques de même diamètre, faits du même matériau.
Ces dents sont usinées à la périphérie d'une couronne, car la résistance au cisaillement des dents croît avec le rayon. Le diamètre de la couronne doit être aussi grand que le permet l'espace disponible. Il vaut mieux même éviter d'usiner le centre des arbres, car non seulement l'usinage y serait difficile à exécuter, mais il réduirait le transfert de couple. Par exemple on peut, sans dégrader excessivement la résistance de l'arbre, usiner un arbre de de diamètre sur une couronne de de largeur (ce qui ménage un diamètre intérieur résiduel de ).
La dentelure doit être symétrique, avec un angle d'attaque, ou profil, compris entre 60 et 90°. Contrairement aux joints à coulisse, le joint Hirth réalise un encastrement par son engravure : par application d'une compression axiale, les jeux sont éliminés. Cette compression peut être imprimée en vissant les deux arbres l'un à l'autre, ou par une couronne périphérique munie de ressorts de bonne raideur. L'absence de jeu réduit l'usure par frottement.
L’intensité du couple transmis dépend du nombre de dents, du diamètre de la couronne extérieure, de l'angle des fonds de filet (avec l'axe de l'arbre), et de la profondeur de filet. Les joints de Hirth joints sont taillés à façon par paires et, contrairement aux joints à coulisse, leur gravure n'est pas normalisée.
Avantages : possibilité de transférer de fortes charges avec un faible encombrement et un nombre réduit de pièces (deux abouts matés et un boulon pour les appliquer l'un contre l'autre) ; pas de jeu ; autocentrage (c'est pourquoi il est très utilisé dans les turbine à gaz à haut régime) ; en cas d'usure par frottement, on peut rattraper les jeux par serrage du boulon.
Coupleur à lamelles vignette|gauche|Barre de torsion Les coupleurs à lamelles ou en hélice sont des pièces cylindriques d'une matière homogène, fendus en hélice. Cette forme en spirale permet d'obtenir une zone de raideur calculable avec précision. Sa conception monobloc présente l'avantage de regrouper plusieurs fonctions en une seule pièce compacte, d'éliminer les jeux et donc de supprimer des causes d'usure. Il en résulte une bonne stabilité dynamique et une faible sollicitation des arbres du fait de l'absence de vibrations, même en cas de désalignements importants.
Le pas de l'hélice dépend de la tolérance recherchée pour le défaut d'alignement, le couple à transmettre ou la raideur en torsion.
Naturellement, les performances de ce coupleur dépendent du matériau dans lequel il est usiné. On emploie le plus souvent des coupleurs à lamelles en aluminium ou en acier galvanisé, Selon le domaine d'application, mais pour certaines applications spécifiques (agro-alimentaire, génie médical ou aérospatiale), on aura recours au polyacétal, à l'acier maraging ou au titane. L'application la plus courante de cet accouplement est l'asservissement d'un arbre à une roues codeuses et aux asservissements en robotique.
Accouplement à soufflet
Les accouplements à soufflet métallique sont des accouplements d’arbre flexibles qui transmettent le couple sans jeu et de manière rigide en torsion par le soufflet métallique en acier non inoxydable à parois minces relié par des différents moyeux. Le soufflet métallique compense le décalage latéral, axial et angulaire de l’arbre, avec de faibles forces de rappel. Caractéristiques : compact et absolument sans jeu ; sans usure et sans entretien ; grande sécurité de fonctionnement ; raccordement variable de l’arbre ; compensation des décalages axiaux, latéraux et angulaires des arbres ; faibles forces de rappel ; des vitesses de rotation très élevées sont possibles ; bonne concentricité.
Domaines d’application sur des servo-axes hautement dynamiques de ; machines-outils ; machines de travail du bois ; machines d'emballage ; installations d’automatisation ; machines d'impression ; machines de travail la tôle ; machines à usiner les dentures d’engrenages, etc.
Accouplement par goujon et douille Cette variante des coupleurs à bride rigides est utilisée pour accoupler deux arbres imparfaitement alignés (formant un léger angle, ou parallèles mais décalés). L’accouplement est assuré par des goujons, recouverts à leur extrémité de capsules en cuir ou en élastomère. Les goujons sont vissés dans l'une des brides mais seulement engagées dans l'autre pour permettre de rattraper le défaut d'alignement. Les capsules en élastomère absorbent les à-coups et les vibrations. On utilise ces accouplements surtout en sortie de moteur.
Accouplement à disque vignette|Disques d'un joint Schmidt. Les accouplements à disque transmettent le couple entre deux arbres par un empilement de minces disques d'acier inox. La déformation distribuée entre ces disques permet de compenser les défauts d'alignement.
L’accouplement à diaphragme transmet le couple par la périphérie d'une couronne flexible à un disque concentrique, par l'intermédiaire d'une bobine ou d'un écarteur. La déformation de ces deux éléments, de l'intérieur vers l'extérieur, permet d'accommoder les défauts de parallélisme.
Le joint Schmidt permet d'accommoder un grand débattement radial entre les deux arbres lorsqu'ils sont en charge. Il consiste en un arrangement de ressorts et de disques (trois disques) tournant en phase, interconnectés en séries par six ressorts ou davantage.
Mécanismes pour transmission Joint de Cardan
Le joint de Cardan, ou simplement « cardan », ou encore « joint universel » (terminologie plus courante dans la littérature technique anglo-saxonne), permet de transmettre un mouvement de rotation d'un arbre à un autre lorsqu'ils forment entre eux un angle (inférieur à un angle droit). Dans ce dispositif, les deux arbres sont dotés à leur extrémité d'une fourche ; les deux fourches sont perpendiculaires, et connectées par un croisillon, rotulé aux extrémités de chacune des fourchesD'après .
L'angle formé par les « fourches » du joint de Cardan provoque une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres : le cardan présente l'inconvénient de ne pas être homocinétique, c'est-à-dire que la vitesse de rotation transmise n'est pas constante au cours de la rotation lorsque les axes ne sont plus alignésCf. .. On peut y remédier en ajoutant un second joint d'angle identique dans la transmission, les deux fourches de l'arbre médian étant alignées dans le cas le plus courant où tous les arbres sont dans le même plan. On passe ainsi de l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie par deux demi-angles identiques, les variations angulaires reprises par chacun des cardans étant égales et opposées.
Les cardans sont gourmands en huile et demandent un entretien régulier.
Joint Oldham vignette|gauche|Joint oldham animé. Le joint d'Oldham permet de transmettre de façon homocinétique la rotation d'un premier arbre à un second, parallèle au premier mais dont les axes ne sont pas alignés ; en revanche, les frottements en rotation le destinent à des vitesses de rotation faibles et des décalages d'axes infimes.
Le joint d'Oldham est composé de trois disques : deux sont solidaires de chacun des arbres et usinés avec une rainure ; le troisième est libre et placé entre les deux autres. Il comporte une nervure sur chacune de ses faces, qui engrènent dans les nervures des deux premiers disques ; le centre de ce disque décrit une trajectoire circulaire à raison de deux tours pour chaque rotation complète d'un arbre. En introduit fréquemment des ressorts pour rattraper les jeux du mécanisme.