vignette|Transmission par courroies plates : un seul moteur entraîne plusieurs machines. thumb|Moteur à gaz horizontal Otto, de 4 chevaux de force, actionnant dans le domaine d'Ambreville (Eure) : Pompe à eau pour la ferme - Pompe à eau pour le château - Pompe à purin - Machine à battre, avec élévateur de grains - Meules à concasser - Hache-paille - Laveur de racines - Coupe-racines - Cribleur de menues pailles - Deux meules à affûter - Tire-sacs - Tarare - Trieur de grains - Pressoir mécanique - Pompe à cidre
La courroie, jadis fabriquée par le courroyer ou la courroyère, est, au départ, une bande de cuir ou de matière souple et résistante qui sert de lien ou d'attache. Elle est aussi utilisée comme pièce mécanique pour la transmission du mouvement. Elle est construite dans un matériau souple. Par rapport à d'autres systèmes, elle présente l'avantage d'une grande souplesse de conception — le concepteur a une grande liberté pour placer les organes moteur et récepteur —, d'être économique, silencieuse et d'amortir les vibrations, chocs et à-coups de transmission. Cependant, elle présente une durée de vie limitée, aussi bien en termes de cycles que de temps, et doit être changée régulièrement. Par ailleurs la puissance transmissible est limitée, ce qui est parfois un avantage (par exemple comme limiteur de couple), et sa souplesse lui permet d'alimenter des accessoires placés dans des endroits exigus.
Description La courroie est utilisée avec des poulies, et parfois avec un galet tendeur. L'entraînement s'effectue : par adhérence pour les courroies plates, rondes, trapézoïdales et striées ; ces courroies sont qualifiées d'asynchrones, car le rampement, et éventuellement le patinement (glissement généralisé), ne permettent pas de garantir la vitesse de sortie ; par obstacle pour les courroies dentées, qui sont également qualifiées de synchrones. Ces dernières permettent une transmission de mouvement sans déphasage : par exemple comme les chaînes et les engrenages.
Ce type de transmission a un rendement de l'ordre de 98 %, à l'exception des courroies trapézoïdales dont le rendement est plus faible (de ) mais le risque de glissement nul.
Habituellement, les moteurs de voitures comportent une courroie crantée pour entraîner la distribution et une courroie rainurée pour entraîner un certain nombre de composants périphériques : alternateur, pompe à eau, pompe de direction assistée
Typologie
thumb|Diverses conceptions d'une transmission par courroie
Il existe deux types de courroies selon leur mode d'installation : les courroies fermées ; les courroies ouvertes : elles sont conçues pour des systèmes d'entraînement d'accès difficile, les extrémités étant connectées après mise en place.
On distingue par ailleurs les courroies selon la forme de leur section.
Courroie plate
alt=courroie plate|vignette|Courroie plate. Les courroies plates ont été largement utilisées au dans les arbres de transmission pour transmettre de la puissance dans les usines. Elles ont également été utilisées dans d'innombrables applications agricoles, minières et forestières telles que les scies, les scieries, les batteuses, les souffleuses de silo, les convoyeurs pour le remplissage des lits de maïs, les presses à balles, les pompes à eau et générateurs électriques. La courroie plate est un système simple de transmission de puissance qui convenait bien à son époque. Elle peut fournir une puissance élevée à des vitesses élevées ( à ), dans le cas de courroies larges et de grandes poulies. Ces entraînements à courroie large et à grande poulie sont volumineux, consomment beaucoup d’espace tout en nécessitant une tension élevée, entraînent des charges élevées et sont mal adaptés aux applications de proximité, les courroies trapézoïdales remplaçant principalement les courroies plates puissance de transmission ; et la transmission de puissance à longue distance ne se fait généralement plus avec les courroies. Par exemple, les machines d'usine ont maintenant tendance à avoir des moteurs électriques individuels.
Comme les courroies plates ont tendance à grimper vers le haut de la poulie, les poulies ont été conçues avec une surface légèrement convexe ou « couronnée » (plutôt que plate) pour permettre à la courroie de se centrer automatiquement pendant son fonctionnement. Les courroies plates ont également tendance à glisser sur la face de la poulie lorsque des charges lourdes sont appliquées, et de nombreux revêtements étaient disponibles et pouvaient être appliqués aux courroies pour augmenter la friction et donc la transmission de la puissance..
Les courroies plates étaient traditionnellement faites de cuir ou de tissu. Aujourd'hui, la plupart sont en caoutchouc ou en polymères synthétiques. Les extrémités des ceintures sont assemblées par un laçage des extrémités avec la lanière en cuir (la plus ancienne des méthodes) attaches en acier ou laçage ou par collage ou soudage (polyuréthane ou polyester). Les courroies plates étaient traditionnellement assemblées et le sont toujours, mais elles peuvent aussi être fabriquées en une bande continue.
Courroie trapézoïdale
Les courroies trapézoïdales sont les plus utilisées. Elles sont inventées en 1925 par Monsieur Walter Geist et développées par les sociétés Allis-Chalmers et B.F. Goodrich. À tension égale, elles transmettent une puissance plus élevée que les courroies plates. Elles sont utilisées, par exemple, dans les variateurs de vitesse.
Les courroies trapézoïdales ont résolu le problème du glissement et de l'alignement. C'est maintenant la courroie de base pour la transmission de puissance sans glissement (synchrone). . Elles sont généralement fabriquées d'une bande sans joint et leur forme générale en coupe est approximativement trapézoïdale. La forme en « V » de la courroie suit une rainure dans la poulie, ce qui fait que la courroie ne peut pas glisser latéralement. La courroie a tendance à se coincer dans la rainure lorsque la charge augmente - plus la charge est grande, plus l'action de coincement est importante - améliorant la transmission du couple et faisant de la courroie une solution efficace nécessitant moins de largeur et de tension que les courroies plates. Les courroies trapézoïdales l'emportent sur les courroies plates avec leurs petites distances centrales et leurs taux de réduction élevés. La distance centrale préférée est supérieure au diamètre de la plus grande poulie, mais inférieure à trois fois la somme des deux poulies. La plage de vitesse optimale est comprise entre (soit ).
Pour les besoins de forte puissance, deux courroies trapézoïdales ou plus peuvent être assemblées côte à côte dans un arrangement appelé « entraînement à courroie multiple ».
Les courroies trapézoïdales peuvent être fabriquées en caoutchouc ou en polymère sans renfort. Sinon, il peut y avoir des fibres incorporées dans le caoutchouc ou le polymère pour augmenter la résistance. Les fibres peuvent être en matières textiles telles que le coton, le polyamide (tel que le nylon) ou le polyester ou, pour la plus grande résistance, de l'acier ou de l'aramide (tel que Technora, Twaron ou Kevlar).
Lorsqu'une courroie sans joint ne correspond pas au besoin, des courroies trapézoïdales articulées peuvent être utilisées. La plupart des modèles offrent les mêmes caractéristiques de puissance et de vitesse que les courroies sans fin de taille équivalente et ne nécessitent pas de poulies spéciales pour fonctionner. Ceux-ci offrent une installation facile et une résistance environnementale supérieure par rapport aux courroies en caoutchouc et sont réglables en longueur en démontant et en enlevant les liens si nécessaire. vignette|Courroie serpentine actionnant les accessoires d'un moteur d'automobile.
Courroie striée ou serpentine La courroie striée est une courroie de transmission de puissance striée dans le sens de la longueur, ce qui augmente énormément la surface de contact entre la poulie et la courroie. Cependant elle fonctionne par adhérence de la denture sur la poulie. Sa structure monobloc permet une répartition homogène de la tension au contact poulie/courroie.
Elle présente de nombreux avantages : une grande gamme de puissance (de ) ; un grand rapport de transmission possible ; une grande durée de vie, fiabilité ; une stabilité de la tension ; une transmission silencieuse.
La courroie striée constitue la courroie dite d'accessoire sur les automobiles. On la retrouve également sur les machines à laver, sèches-linges, tracteurs, bétonnières, compresseurs, vélos fitness, tondeuses
Courroie synchrone ou dentée
Les courroies synchrones sont dentées. On les utilise, par exemple, pour entraîner les arbres à cames, ou pour la transmission secondaire de certaines motocyclettes. Elles sont aussi utilisées sur de nombreuses machines industrielles ou agricoles. Ce genre de courroie est indispensable pour éviter tout déphasage entre l'entrée et la sortie.
Même bien tendue et sans glissement, une courroie non crantée se décalera de par son élasticité. En effet son élongation sera différente entre brin tendu et brin mou et c'est cette différence qui produira le décalage.
Pannes Une courroie demande peu d'entretien. Cependant, il faut surveiller son état : traces d'usures visibles, tension : manque de tension : la courroie lisse émet un sifflement caractéristique ; usure : la courroie se rompt brutalement ; dans le cas de la courroie de synchronisation d'un moteur à explosion piston/soupape, cela entraîne, inévitablement, une mise hors service du moteur (sauf sur les moteurs de conception non-interférentielle), c'est pourquoi il faut toujours remplacer la courroie de distribution au kilométrage (ou âge) préconisé.
Conception d'une transmission par courroie Choix de la technique de transmission Considérons une machine dans laquelle une pièce doit être mise en rotation. Plusieurs solutions s'offrent au concepteur selon les contraintes du système. Considérons que l'actionneur choisi est un moteur, qui crée donc mouvement de rotation. Le rôle de la transmission est de transmettre cette rotation de l'arbre du moteur vers l'arbre portant la pièce à mettre en mouvement, en adaptant la vitesse de rotation (notion de réducteur).
Trois principales technologies de transmission s'offrent au concepteur : les engrenages, les chaînes et les courroies
Effort à transmettreFaibleMoyenImportant Courroies ChaînesEngrenagesVitessesFaiblesMoyennesImportantesChaînes Courroies EngrenagesRaideurSoupleMoyenneRigide Courroies ChaînesEngrenagesBruitTrès bruyantBruyantSilencieuxEngrenagesChaînes Courroies Durée de vieLimitéeMoyenneElevée Courroies ChaînesEngrenagesCompacitéVolumineuxMoyenCompactEngrenagesChaînes CourroiesLubrificationIndispensableRecommandéeNon nécessaireEngrenagesChaînes Courroies
La solution poulies-courroie est donc adaptée :
pour les machines fonctionnant sans à-coup, et lorsque l'on veut réduire les vibrations, ce qui augmente la durée de vie de certaines autres pièces (souplesse) ; pour les vitesses modérées et les efforts faibles. Elles ont un coût de fabrication initial faible, et nécessitent peu de maintenance si ce n'est la vérification de la tension et le changement régulier du fait de l'usure. Elles ne permettent par contre pas une synchronisation très précise (souplesse).
Contraintes de conception
La conception de la transmission, c'est-à-dire le choix du type de courroie, l'architecture d'implantation, le dimensionnement… dépend des fonctions que doit réaliser la transmission. Celles-ci sont de deux types : fonctions de service, ou d'usage : correspondent au rôle que doit remplir la transmission ; fonctions de contrainte : correspondent aux limitations des solutions technologiques.
Dans le cas présent : Fonctions de service Effort à produire sur la pièce mise en mouvement, exprimé sous la forme d'un couple C (en newtons-mètres, N m) ou d'une puissance P (en watts, W) ;