Types de mélangeurs et d'extrudeuses — Utilisation d'engrenages hélicoïdaux
Dans l'industrie du mélange et de l'extrusion, trois types de machines distincts utilisent des modules de grande taille. engrenage hélicoïdal des variateurs, chacun avec des caractéristiques de charge différentes :
Mélangeur de caoutchouc interne (Banbury)
Un mélangeur interne malaxe les composés de caoutchouc entre deux rotors contrarotatifs à l'intérieur d'une chambre fermée. Vitesse de rotation : 15 à 40 tr/min. L'événement critique – le redémarrage en cas de charge gelée – se produit lorsque le composé mélangé se solidifie lors d'un arrêt imprévu. Le redémarrage face à une charge gelée génère des pics de couple de 3 à 5 fois le couple nominal à une vitesse pratiquement nulle. engrenage hélicoïdal Sur les grandes machines de 600 litres, le couple de sortie atteint 150 000 à 600 000 N·m. Il s'agit du couple de pointe le plus exigeant pour une application de boîte de vitesses industrielle.
Extrudeuse à double vis
Les vis jumelées corotatives ou contrarotatives traitent en continu les plastiques, les composés alimentaires ou les adhésifs. Vitesse de rotation des vis : 100 à 600 tr/min (supérieure à celle des mélangeurs de caoutchouc). Couple de sortie par vis : 1 000 à 30 000 N·m. Événements de choc : la contamination métallique de l’alimentation (impuretés ferreuses) provoque des pics de charge instantanés. engrenage hélicoïdal Le réducteur de distribution doit répartir un couple égal entre les deux vis, ce qui nécessite une sortie identique. engrenages hélicoïdaux et un pignon d'entrée commun.
Mélangeur planétaire ou à lames sigma
Les mélangeurs chimiques, pharmaceutiques et alimentaires font tourner une hélice à pales ou à ancre à une vitesse de 10 à 60 tr/min. Les couples de sortie sont modérés (5 000 à 50 000 N·m) par rapport aux mélangeurs pour caoutchouc, mais la boîte de vitesses doit supporter un traitement par lots fréquent avec des niveaux de remplissage variables, créant ainsi un profil de charge variable qui nécessite une évaluation précise du facteur de service. engrenage hélicoïdal La boîte de vitesses comprend généralement un limiteur de couple mécanique pour protéger la cuve du mélangeur et le système d'entraînement contre les surcharges en cas de blocage de matériau.
Facteur de service — Pourquoi KA atteint 3,0 à 4,0 dans les entraînements de mélangeurs de caoutchouc
Le facteur de service pour mélangeur et extrudeuse engrenage hélicoïdal Le taux de conversion des entraînements est le plus élevé de toutes les catégories d'applications en service industriel régulier, pour deux raisons indépendantes et cumulatives :
| Événement de chargement | Couple multiple | Durée | Fréquence | Contribution de KA |
|---|---|---|---|---|
| pic du cycle de mélange normal | 120–150% classé | 10 à 30 s par cycle | Chaque lot | KA ≈ 1,50 base |
| Chute brutale de température (rigidification composée) | 150–200% homologué | 2 à 5 min | Plusieurs fois par quart de travail par temps froid | +0,25–0,50 à KA |
| Démarrage à froid normal avec charge partiellement durcie | 200–300% classé | 5–20 s | Chaque quart de travail démarre | +0,50–0,75 à KA |
| Redémarrage de la charge bloquée (pire des cas) | 400–500% classé | Jusqu'à 30 secondes avant que la charge ne se libère ou que la protection ne se déclenche. | Rare mais il faut y survivre | Régule le contrôle statique des fractures dentaires |
Valeurs KA recommandées pour les entraînements à engrenages hélicoïdaux des mélangeurs/extrudeuses (données de terrain AGMA 2101 / Korea Ever-Power) :
Extrudeuse à double vis (moteur DOL, sans protection contre les surtensions) : KA = 1,75–2,25
Mélangeur planétaire chimique/pharmaceutique : KA = 1,75–2,50
Broyeur à caoutchouc (broyeur ouvert, 2 rouleaux) : KA = 2,00–2,50
Mélangeur interne (Banbury) en caoutchouc (accouplement hydraulique) : KA = 2,50–3,00
Mélangeur interne en caoutchouc (moteur DOL, sans accouplement hydraulique) : KA = 3,00–4,00
Remarque : Le pic de couple de charge gelé (400–500%) doit également être vérifié par rapport à
limite de contrainte de flexion statique de la racine de la dent en utilisant le facteur de sécurité statique S_F_stat ≥ 1,0
à la surcharge maximale — distincte du contrôle de fatigue KA au couple nominal.
Sélection des matériaux et des modules pour les engrenages hélicoïdaux des mélangeurs
Grand module engrenage hélicoïdal Pour réducteur de mélangeur à caoutchouc — forgé en acier 42CrMo4, trempé par induction, dureté Rockwell C 50–55, module M24. À des couples de sortie de 150 000 à 500 000 N·m et une vitesse de rotor de 15 à 30 tr/min, le module et la largeur de face requis sont déterminés par le couple de redémarrage à charge gelée (400 à 500 N·m de la valeur nominale), et non par la charge de fonctionnement normale, ce qui en fait l’un des réducteurs à charge unitaire la plus élevée. engrenage hélicoïdal applications dans la fabrication industrielle
Contraintes liées à la taille des sections et au traitement thermique
Arbre de sortie d'un mélangeur en caoutchouc engrenage hélicoïdal La fraise M32 à z = 30 dents présente un diamètre primitif d'environ 1 000 mm et une section transversale brute de 900 à 1 100 mm de diamètre. Cette dimension dépasse la capacité de trempabilité de l'acier 20CrMnTi (qui durcit efficacement jusqu'à des sections d'environ 300 à 400 mm de diamètre). Le choix du matériau dépend de la dureté superficielle requise et des traitements thermiques possibles.
42CrMo4 + Trempe par induction
Le choix standard pour les mélangeurs de grande section engrenages hélicoïdaux (Diamètre extérieur 500–2 000 mm). L’ébauche est trempée par impact (TAI) jusqu’à une dureté Rockwell C (HB) de 280–320 HRC sur toute sa section. Ensuite, les dents ou zones de dents sont trempées par induction jusqu’à une dureté Rockwell C (HRC) de 50–55 HRC. Le noyau TAI à HB 280–320 HRC confère la ténacité nécessaire pour résister aux chocs de redémarrage de charge gelée. La trempe par induction est localisée ; elle n’entraîne aucune déformation thermique sur toute la section. Limite de contrainte thermique (σH) : 820–950 MPa ; limite de contrainte en flexion (σF) : 340–380 MPa à la base de la dent.
17CrNiMo6 + Cémentation gazeuse (Modules plus petits)
Pour les engrenages d'extrudeuses et de mélangeurs pharmaceutiques de taille M8 à M20 (diamètre extérieur 200 à 600 mm), l'acier 17CrNiMo6 cémenté à une dureté Rockwell C de 58 à 62 offre une contrainte limite d'élasticité (σ_H lim) de 1 600 à 1 800 MPa, permettant ainsi la conception de réducteurs plus compacts et plus légers pour une capacité de couple équivalente. La cémentation est envisageable pour des sections jusqu'à environ 500 mm de diamètre en 17CrNiMo6. Pour les sections plus importantes, la cémentation par induction en 42CrMo4 est la seule solution pratique.
Sélection du module et de la largeur de la face
Le module et la largeur de la face d'un mélangeur engrenage hélicoïdal sont généralement régis par le couple de pointe de charge gelé plutôt que par le couple de fonctionnement nominal — le contrôle de flexion statique de la racine de la dent à 400–500% du couple nominal avec S_F_stat ≥ 1,0 définit le module minimum :
Contrôle statique de la flexion de la racine de la dent (au couple de pic de charge figé T_peak) :
F_t_peak = 2 × T_peak / d₁
σ_F_static = F_t_peak / (b × Mn) × Y_Fa × Y_Sa × Y_ε × Y_β × KA_static
où KA_static = T_peak / T_rated (facteur de surcharge de pointe) × KA_base = 4,0–5,0
Exigence : σ_F_static ≤ σ_F_lim_static (ISO 6336-3 statique admissible ≈ 2,0 × σ_F_lim_fatigue)
Exemple : mélangeur de caoutchouc de 600 litres, T_rated = 150 000 N·m, T_peak = 600 000 N·m
Avec M32, z=30, b=500mm, induction 42CrMo4, σ_F_lim_static ≈ 760 N/mm² :
σ_F_static ≈ (2 × 600 000 000)/(d₁ × 500 × 32) × facteurs géométriques × 1,0
→ Le module M32 est tout juste suffisant ; le module M36 offre un S_F_stat confortable ≥ 1,2
Architecture de la transmission et rôle du couplage fluide
La plupart des grands mélangeurs à caoutchouc engrenage hélicoïdal Les entraînements comprennent un accouplement hydraulique (accouplement hydrodynamique) entre le moteur et l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses. Cet accouplement limite le couple transmis au démarrage (lorsque le couple moteur serait autrement de 250 à 350 Nm de sa valeur nominale au calage) et offre une certaine protection contre les chocs lors du redémarrage après un gel de la charge. Cependant, l'accouplement hydraulique ne supprime pas le pic de couple dû au gel de la charge : lorsqu'il se remplit et approche la vitesse de synchronisation, il traverse brièvement une zone de multiplication du couple pouvant transmettre de 150 à 200 Nm de sa valeur nominale à la boîte de vitesses. La charge de pointe due au gel de la charge reste déterminante. engrenage hélicoïdal Vérifier la flexion de la racine de la dent même avec un accouplement hydraulique dans la transmission.
Lubrification pour les entraînements par engrenages hélicoïdaux à faible vitesse et couple élevé
Mélangeur et extrudeuse engrenage hélicoïdal Les réducteurs fonctionnent à des vitesses angulaires très faibles (0,5 à 3 m/s), où les pertes par barbotage sont négligeables, mais l'épaisseur du film EHL est nettement inférieure à celle des réducteurs à grande vitesse. L'épaisseur du film EHL hmin ∝ v0,68 ; à v = 1 m/s, le film est environ 8 à 10 fois plus mince qu'à v = 10 m/s pour une même viscosité d'huile. Pour compenser, les réducteurs pour mélangeurs nécessitent une viscosité d'huile nettement supérieure à celle des réducteurs à grande vitesse.
Viscosité recommandée pour les entraînements à engrenages hélicoïdaux des mélangeurs/extrudeuses (huile minérale DIN 51517 CLP) :
v < 0,5 m/s (extrêmement lent, étape finale du mélangeur en caoutchouc) : ISO VG 680–1000
0,5–2 m/s (lente, étape intermédiaire typique d'un mélangeur) : ISO VG 320–680
2–5 m/s (vitesse intermédiaire de l’extrudeuse) : ISO VG 220–320
Les huiles minérales à haute viscosité spécifiées pour le mélange lent engrenages hélicoïdaux Ces huiles possèdent d'excellents additifs de lubrification limite (ultra-pression soufre-phosphore) qui protègent les surfaces des dents lors des brèves ruptures du film élastohydrodynamique qui se produisent au pic de charge lorsque la charge est gelée. Les huiles synthétiques PAO sont de plus en plus utilisées dans les réducteurs de mélangeurs pour espacer les vidanges (3 à 5 ans contre 1 à 2 ans pour l'huile minérale) et maintenir la lubrification au démarrage à froid en conditions hivernales.
Korea Ever-Power — Capacité de mélange à engrenages hélicoïdaux pour modules de grande taille
Fabrication et inspection de modules de grande taille par Korea Ever-Power engrenages hélicoïdaux Pour les réducteurs de mélangeurs et d'extrudeuses — M16–M50 en acier 42CrMo4 trempé par induction ou 17CrNiMo6 cémenté, avec contrôle statique de flexion par charge figée, contrôle de dureté et mesure à l'analyseur d'engrenages inclus dans la documentation de commande
La Corée Ever-Power produit engrenages à denture hélicoïdale Pour les réducteurs de mélangeurs et d'extrudeuses de caoutchouc, de taille M8 à M50, de diamètre extérieur 200 à 2 500 mm, en acier 42CrMo4 trempé par induction (HRC 50 à 55) et en acier 17CrNiMo6 cémenté (HRC 58 à 62), avec le contrôle de flexion statique à charge figée (S_F_stat à T_peak) inclus de série dans la documentation de commande — garantissant ainsi que l'engrenage est dimensionné pour le cas de figure le plus défavorable, et non uniquement pour le couple de fonctionnement nominal. fabricant d'engrenages hélicoïdauxKorea Ever-Power demande la capacité du coupleur hydraulique (le cas échéant) et la valeur de couple de pointe confirmée pour chaque ordre d'engrenage du mélangeur — les deux entrées qui influent le plus sur le module requis. Consultez le gamme de produits à engrenages à double hélice pour toutes les options de modules et de matériaux.
Foire aux questions
Quelle est la différence, au niveau des spécifications des engrenages hélicoïdaux, entre une extrudeuse à double vis corotative et une extrudeuse à double vis contrarotative ?
La disposition des engrenages diffère sensiblement. Dans une extrudeuse corotative (la plus courante pour le compoundage), les deux vis tournent dans le même sens ; le réducteur de distribution utilise un arbre intermédiaire avec deux engrenages de sortie identiques entraînés par un seul pignon d’entrée. engrenage hélicoïdal Les rapports de transmission sont identiques et la répartition du couple est intrinsèquement équilibrée. Dans une extrudeuse contrarotative, les deux vis tournent en sens inverse ; le multiplicateur inverse le sens de rotation d'un arbre de sortie grâce à une roue intermédiaire, créant ainsi un engrènement supplémentaire qui doit être dimensionné et contrôlé. La roue intermédiaire d'une extrudeuse contrarotative subit une fréquence de contact des dents deux fois supérieure à celle des engrenages principaux (elle engrène avec les engrenages menant et mené) et doit être dimensionnée avec un coefficient de correction de fatigue Y_M = 0,7 pour la flexion inversée, s'il s'agit d'une véritable roue intermédiaire.
Le réducteur à engrenages hélicoïdaux du mélangeur de caoutchouc doit-il être spécifié pour le couple de pointe de la charge congelée ou pour le couple nominal normal ?
Les deux contrôles sont obligatoires et indépendants. L'engrenage doit réussir : (1) le contrôle de la contrainte de contact en fatigue au couple nominal avec KA = 2,5–3,0 (résistance à la piqûre sur la durée de vie nominale de 40 000 à 100 000 heures) ; et (2) le contrôle de la flexion statique à la base des dents au couple de pointe de charge figé T_peak = 4–5 × T_rated avec un coefficient de sécurité S_F_stat ≥ 1,0 (absence de rupture lors de l'événement de pointe unique). Pour les grands mélangeurs de caoutchouc engrenages hélicoïdauxLe contrôle statique du couple de charge gelée détermine généralement le choix du module : l’engrenage est surdimensionné par rapport à ce que la seule résistance à la fatigue exigerait, afin de résister à ce rare épisode de charge gelée. Korea Ever-Power effectue ces deux contrôles et indique les deux coefficients de sécurité dans la documentation de commande.
À quelle fréquence faut-il changer l'huile de transmission d'un mélangeur à caoutchouc ?
Avec l'huile minérale ISO VG 680, Korea Ever-Power recommande une vidange annuelle pour le mélangeur. engrenage hélicoïdal Les boîtes de vitesses en production continue (24 h/24, 350 jours/an) ou après 2 000 heures de fonctionnement, selon la première échéance atteinte, nécessitent une vidange. La viscosité élevée de l'huile et les additifs EP se dégradent sous l'effet des cycles thermiques et du cisaillement mécanique dans la zone de contact à couple élevé et faible vitesse. Une analyse d'huile (viscosité, indice d'acide, numération particulaire, teneur en métaux) effectuée après 1 000 heures permet de vérifier si l'intervalle annuel est adapté aux conditions de fonctionnement. Le passage à une huile synthétique PAO ISO VG 680 étend l'intervalle de vidange à 5 000–8 000 heures, rendant souvent possible un intervalle de 3 à 5 ans avec un suivi régulier par analyses d'huile.
Est-il possible de remplacer les engrenages hélicoïdaux d'un ancien réducteur de mélangeur à caoutchouc par des engrenages de qualité supérieure sans changer le carter ?
Oui, le remplacement des engrenages à flancs souples en acier 42CrMo4 QT (HB 280–320, σ_H lim ≈ 570 MPa) par des engrenages en acier 42CrMo4 trempés par induction (HRC 52, σ_H lim ≈ 900 MPa) augmente la limite de fatigue de contact d'environ 57% sans modifier le module, le nombre de dents ni l'entraxe. Le module standard, la largeur de la face et la géométrie du carter restent inchangés, car la mise à niveau concerne le matériau et non la géométrie des engrenages. Dans la plupart des cas, cette mise à niveau supprime également la limitation de vitesse de fonctionnement imposée à de nombreux réducteurs de mélangeurs de caoutchouc à flancs souples plus anciens, en raison de l'usure des flancs des dents et de la réduction du régime de mélange par l'opérateur pour prolonger la durée de vie des engrenages. Korea Ever-Power a réalisé cette mise à niveau sur plusieurs réducteurs de mélangeurs de caoutchouc lorsque les pièces d'origine n'étaient pas disponibles à un coût acceptable.
Spécifications de l'engrenage hélicoïdal pour mélangeur et extrudeuse de caoutchouc
Veuillez indiquer le type de votre mélangeur, le couple de sortie nominal, le couple de pointe maximal (ou une estimation de la charge gelée), la vitesse de sortie et la capacité du raccord hydraulique, le cas échéant. Korea Ever-Power effectue un test de fatigue au couple nominal et un test de flexion statique à la charge gelée maximale avant de valider la conformité aux spécifications.
M8–M50 · Alliage à induction 42CrMo4 · Alliage cémenté 17CrNiMo6 · KA 2,5–4,0 · Contrôle de flexion statique · Résistance à la corrosion · Quantité minimale de commande : 1 pièce
Éditeur : Cxm
