L’accouplement et l’alignement d’une ligne d’arbres

Le problème

Un moteur entraîne une pompe. Sur le banc de l’atelier, une manivelle entraîne un réducteur, qui entraîne un arbre portant une roue dentée. Dans les deux cas, ce sont deux ensembles séparés, chacun avec son arbre et ses roulements, posés sur un même socle. Pour que l’un entraîne l’autre, on relie les deux bouts d’arbre par un accouplement.

Le problème, c’est que ces deux arbres ne sont jamais exactement dans le prolongement l’un de l’autre. Le socle n’est pas parfaitement plan, les semelles ne sont pas exactement à la même hauteur, la pompe a été reposée après réparation. L’écart se compte en centièmes de millimètre — on ne le voit pas, on ne le sent pas à la main.

Et pourtant c’est lui qui décide de la durée de vie de la machine.

L’accouplement élastique : ce qu’il peut, ce qu’il ne peut pas

Un accouplement élastique (à plots, à étoile, à mâchoires) a un élément souple entre les deux moyeux. On croit souvent qu’il est là pour rattraper le désalignement. C’est faux, ou plutôt : c’est vrai dans des proportions très petites.

Il est là pour trois choses :

• encaisser les à-coups au démarrage, quand le moteur arrache la pompe à l’arrêt ;
• absorber la dilatation de l’arbre quand la machine monte en température ;
• tolérer un défaut résiduel, celui qu’on ne peut pas supprimer complètement.

Il n’est pas là pour rattraper un défaut de montage. Un accouplement élastique qui rattrape 0,5 mm de décalage le fait en se déformant à chaque tour, et il transmet quand même l’effort aux roulements de part et d’autre.

Les deux défauts

Le défaut d’alignement se décompose toujours en deux, quelle que soit la machine.

Défaut	Ce que ça veut dire	Ce qui le provoque
Décalage (parallèle, offset)	Les deux axes restent parallèles, mais l’un est plus haut que l’autre — ou plus à droite.	Les deux pieds d’une même machine sont trop hauts, ou trop bas, ensemble.
Défaut angulaire (gap)	Les deux axes se croisent : l’accouplement est plus ouvert d’un côté que de l’autre.	Un pied est plus haut que l’autre sur la même machine. Ou un pied est en l’air.

Et chacun des deux existe dans deux plans : vu de côté (plan vertical) et vu de dessus (plan horizontal). Ce qui fait quatre valeurs en tout, et c’est exactement ce que l’appareil affiche.

• On corrige le vertical avec des cales sous les pieds.
• On corrige l’horizontal en poussant la machine de côté, avec les vis de poussée latérales.

Pourquoi on s’embête

Prends une machine à 1 500 tr/min. L’accouplement repasse 90 000 fois par heure par la même déformation. Un défaut qu’on ne sent pas à la main est répété un million de fois en deux semaines de production.

Ce qui lâche, et dans cet ordre :

1. Les roulements. Ils encaissent une charge qui tourne avec l’arbre, celle-là même qui n’était pas prévue au calcul.

La loi du cube

C’est le point qu’il faut retenir de toute cette fiche. La durée de vie d’un roulement varie comme le cube de la charge (norme ISO 281) :

durée de vie × (charge prévue / charge réelle)³

Doubler la charge, ce n’est donc pas perdre la moitié de la vie du roulement : c’est la diviser par huit. Et l’augmenter de moitié, c’est déjà la diviser par plus de trois.

Voilà pourquoi un défaut de quelques centièmes de millimètre, qu’on ne sent pas à la main et qu’on ne voit pas à l’œil, coûte des années de machine. L’animation te laisse dérégler le groupe et lire les heures qui disparaissent — puis les récupérer en posant les bonnes cales.

Et le reste

2. Les garnitures d’étanchéité. L’arbre ne tourne plus rond dans la garniture : elle fuit.
3. L’accouplement. Les plots se déchirent, l’étoile se fend. S’il porte un limiteur de couple, la vibration le fait patiner avant l’heure.
4. La transmission en aval. Une chaîne qui ne travaille plus dans son plan use ses dents d’un seul côté.
5. Les vis des semelles. La vibration les desserre — et le réglage part avec.

Un mot sur les paliers autoalignants, ceux du banc de l’atelier : ils sont faits pour encaisser un défaut angulaire, c’est leur raison d’être. Mais ils n’absorbent pas le décalage, qui les charge de plein fouet. Un palier autoalignant ne dispense donc jamais d’aligner.

Et avant de casser, la machine vibre et chauffe. C’est justement ce qu’on relève en maintenance préventive : une vibration qui monte à 2× la fréquence de rotation est une signature classique de désalignement.

Pourquoi il faut faire tourner la ligne d’arbres

L’appareil laser est fait de deux boîtiers : un émetteur serré sur un arbre, une cible serrée sur l’autre. Chacun tourne avec son arbre.

Si les deux arbres sont dans le même axe, le point laser reste au centre de la cible pendant tout le tour. S’ils ne le sont pas, le point décrit un cercle — et le rayon de ce cercle, c’est le défaut lui-même.

C’est pour ça qu’une mesure à l’arrêt ne sert à rien : un seul point ne dit pas si l’arbre est décalé vers le haut ou si toute la ligne est de travers. Il faut au moins trois positions bien réparties sur le tour ; le logiciel attend que le secteur passe au vert, c’est qu’il en a assez.

Les trois cotes au mètre ruban

L’appareil mesure à l’accouplement. Mais on agit aux pieds. Pour faire le lien, il lui faut trois cotes, qu’on relève soi-même au mètre ruban :

• le diamètre de l’accouplement ;
• la distance centre de l’accouplement → paire de pieds avant ;
• la distance pieds avant → pieds arrière.

Attention à la troisième : le logiciel ne demande pas la distance de l’accouplement au pied arrière, mais celle d’un pied à l’autre. C’est lui qui fait l’addition.

Une cote fausse, et l’appareil annonce une épaisseur de cale fausse. C’est la première cause de séance qui n’en finit pas.

D’où sort l’épaisseur de cale

C’est du bon sens géométrique :

cale au pied = décalage + angle × distance du pied à l’accouplement

L’angle est donné en millimètres par 100 mm. Donc pour un pied à 200 mm de l’accouplement, avec 0,20 mm de décalage et 0,15 mm/100 d’angulaire :

cale = 0,20 + (0,15 / 100) × 200 = 0,20 + 0,30 = 0,50 mm

Et pour le pied arrière, à 600 mm :

cale = 0,20 + (0,15 / 100) × 600 = 0,20 + 0,90 = 1,10 mm

Plus le pied est loin de l’accouplement, plus l’angle y fait de différence. C’est toute la raison d’être des deux cotes.

En pratique on ne fait pas ce calcul : l’appareil l’affiche. Mais il faut savoir d’où ça sort, pour repérer quand le résultat est absurde.

Le pied bancal

Un pied qui ne touche pas son socle fausse tout. Quand on serre sa vis, la machine se déforme — et l’alignement qu’on vient de faire part avec.

On le cherche avant toute chose : on desserre les vis une par une, et on regarde si la machine bouge. Si elle bouge, le pied était en l’air. On le cale, et seulement ensuite on aligne.

Ce que dit l’écran, en anglais

Le logiciel de la mallette est en anglais, et il affiche deux lignes :

Sur l’écran	Ce que c’est
V et H	les deux plans : vertical et horizontal.
parallel offset	le décalage, en millimètres. C’est le Versatz de la carte des tolérances.
gap	l’écartement de l’accouplement. C’est la Klaffung de la carte.
STAT / MTBM	la machine fixe et la machine à déplacer.

La convention de signe : le gap est positif quand l’accouplement s’ouvre vers le haut, et l’offset est positif quand la machine de droite est plus haute que celle de gauche.

Et une chose que beaucoup d’élèves ne voient pas : une fois la mesure faite, le logiciel n’affiche pas seulement les valeurs à l’accouplement. Il affiche aussi, sous chaque pied, l’épaisseur à ajouter ou à retirer. Le calcul de la page précédente, il le fait pour toi — mais il faut savoir d’où il sort pour repérer quand le résultat est absurde.

Les règles de calage

• On cale sous tout le pied, jamais sous un coin.
• Trois cales au maximum empilées : au-delà, l’empilement fait ressort et le serrage ne veut plus rien dire.
• Des cales calibrées en inox, pas des rondelles ni de la tôle trouvée dans un tiroir.
• On revérifie après avoir resserré : serrer déplace.
• Jamais de marteau pour déplacer la machine. Le manuel de l’appareil l’écrit noir sur blanc : un coup de marteau sur une machine montée marque les roulements, et on vient de détruire ce qu’on essayait de préserver. On pousse aux vis latérales, doucement.
• Le manuel demande de corriger le vertical d’abord, avec les cales, puis l’horizontal aux vis.

La carte des tolérances

La mallette contient une carte plastifiée : FAG Ausricht-Toleranztabelle. C’est elle qui fait foi, pas un tableau de cours. Elle est en allemand, et elle se lit en trois temps.

Premier temps : la bonne ligne. Nos accouplements élastiques sont des kurze, flexible Kupplung — accouplements courts et flexibles. C’est cette ligne-là, pas celle des arbres intermédiaires.

Deuxième temps : la bonne plage de vitesse. Les tolérances se resserrent quand la machine tourne vite : le défaut est parcouru plus souvent, et le même écart fait plus de dégâts.

Troisième temps : la bonne colonne. La carte en donne deux, et c’est ce qui surprend le plus :

• akzeptabel — acceptable. La machine peut tourner comme ça.
• gut — bon. C’est l’objectif, celui qu’on vise.

tr/min	Décalage (Versatz)		Écartement (Klaffung)
	acceptable	bon	acceptable	bon
jusqu’à 750	0,19	0,09	0,13	0,09
750 à 1 500	0,09	0,06	0,07	0,05
1 500 à 3 000	0,06	0,03	0,05	0,03
3 000 à 6 000	0,03	0,02	0,03	0,02

Et tout en haut de la carte, une ligne à part : Kippfuß, le pied bancal, 0,06 mm toutes vitesses confondues. Au-delà, on cale le pied avant même de commencer à aligner.

Pourquoi le logiciel réclame le diamètre de l’accouplement

Regarde l’intitulé de la ligne Klaffung sur la carte : bezogen auf 100 mm Kupplungsdurchmesser, c’est-à-dire rapporté à 100 mm de diamètre d’accouplement.

L’écartement brut, c’est la différence d’ouverture entre le haut et le bas de l’accouplement. Mais cette différence dépend du diamètre : sur un gros accouplement, le même angle donne un écartement plus grand. Pour comparer deux machines, il faut donc ramener à un diamètre commun de 100 mm.

Une fois ramenée à 100 mm, la Klaffung est une pente : tant de millimètres par 100 mm. Et c’est exactement ce qu’il faut pour la porter jusqu’aux pieds, avec la formule plus haut.

C’est la boucle que beaucoup d’élèves ne voient pas : on mesure le diamètre au mètre ruban pour pouvoir comparer à la carte, et on mesure les deux autres cotes pour pouvoir calculer les cales.

Le vocabulaire

Mot	Ce que ça veut dire
STAT	La machine qui ne bouge pas, celle sur laquelle on aligne l’autre. Celle qu’on ne peut pas déplacer : une pompe reliée à sa tuyauterie, un réducteur boulonné sur son bâti.
MTBM	Machine to be moved : celle qu’on déplace, parce qu’elle est la plus facile à bouger.
Pied avant	Les pieds de la machine mobile les plus proches de l’accouplement.
Pied arrière	Les pieds les plus éloignés.
Versatz	Sur la carte : le décalage, en millimètres.
Klaffung	Sur la carte : l’écartement, rapporté à 100 mm de diamètre d’accouplement.
Kippfuß	Sur la carte : le pied bancal.