Transmission par chaîne

La transmission par chaîne est un moyen de transmettre la puissance mécanique d'un endroit à un autre. Elle est souvent utilisée pour transmettre la puissance aux roues d'un véhicule, en particulier les vélos et les motos . Elle est également utilisée dans une grande variété de machines en plus des véhicules.

Le plus souvent, la puissance est transmise par une chaîne à rouleaux , appelée chaîne de transmission , [ passant sur un pignon , les dents de l'engrenage s'engrenant avec les trous des maillons de la chaîne. L'engrenage est tourné, ce qui tire la chaîne, ce qui exerce une force mécanique sur le système. Un autre type de chaîne de transmission est la chaîne Morse, inventée par la Morse Chain Company d' Ithaca, New York , États-Unis. Elle a des dents inversées.

Parfois, la puissance est délivrée par la simple rotation de la chaîne, qui peut être utilisée pour soulever ou tirer des objets. Dans d'autres situations, un deuxième engrenage est placé et la puissance est récupérée en attachant des arbres ou des moyeux à cet engrenage. Bien que les chaînes d'entraînement soient souvent de simples boucles ovales, elles peuvent également contourner les virages en plaçant plus de deux engrenages le long de la chaîne ; les engrenages qui n'injectent pas de puissance dans le système ou ne la transmettent pas sont généralement connus sous le nom de roues folles . En faisant varier le diamètre des engrenages d'entrée et de sortie l'un par rapport à l'autre, le rapport de démultiplication peut être modifié. Par exemple, lorsque l'engrenage des pédales de vélo tourne une fois, il fait tourner l'engrenage qui entraîne les roues sur plus d'un tour. Les chaînes duplex sont un autre type de chaîne qui sont essentiellement deux chaînes jointes côte à côte, ce qui permet de transmettre plus de puissance et de couple.

La plus ancienne application connue d'un entraînement par chaîne apparaît dans le Polybolos , décrit par l' ingénieur grec Philon de Byzance (IIIe siècle av. J.-C.). Deux chaînes à maillons plats étaient reliées à un treuil qui, en s'enroulant d'avant en arrière, tirait automatiquement les flèches de la machine jusqu'à ce que son chargeur soit vide. Bien que le dispositif ne transmettait pas de puissance en continu puisque les chaînes « ne transmettaient pas de puissance d'un arbre à l'autre, et qu'elles n'étaient donc pas dans la lignée directe de l'ascendance de l'entraînement par chaîne proprement dit », la conception grecque marque le début de l'histoire de l'entraînement par chaîne puisque « aucun exemple antérieur d'une telle came n'est connu, et aucun exemple aussi complexe n'est connu avant le XVIe siècle ». C'est ici que la chaîne à maillons plats, souvent attribuée à Léonard de Vinci , a réellement fait sa première apparition. »

Le premier entraînement par chaîne continue ainsi que le premier entraînement par chaîne sans fin ont été décrits à l'origine dans le traité d'horlogerie écrit de la dynastie Song par le mathématicien et astronome polymathe chinois médiéval Su Song (1020-1101 après J.-C.), qui l'a utilisé pour faire fonctionner la sphère armillaire de sa tour d'horloge astronomique , qui est la première horloge astronomique, ainsi que les figurines de cric d'horloge présentant l'heure du jour en frappant mécaniquement des gongs et des tambours. L'entraînement par chaîne lui-même convertissait le mouvement rotatif en mouvement inclinable et était alimenté par les travaux hydrauliques du réservoir de l'horloge à eau de Su et de la roue à eau, cette dernière qui agissait comme un grand engrenage .

La plupart des systèmes d'entraînement par chaîne utilisent des dents pour transférer le mouvement entre la chaîne et les rouleaux. Cela entraîne des pertes par frottement inférieures à celles des systèmes d'entraînement par courroie , qui s'appuient souvent sur la friction pour transférer le mouvement.

Bien que les chaînes puissent être plus résistantes que les courroies, leur masse plus importante augmente l'inertie de la transmission .

Les chaînes de transmission sont généralement en métal, tandis que les courroies sont souvent en caoutchouc, en plastique, en uréthane ou en d'autres matières. Si la chaîne de transmission est plus lourde qu'une courroie de transmission équivalente, le système aura une inertie plus élevée . Théoriquement, cela peut conduire à un effet de volant d' inertie plus important , mais dans la pratique, l'inertie de la courroie ou de la chaîne représente souvent une petite proportion de l'inertie globale de la transmission.

L'un des problèmes des chaînes à rouleaux est la variation de vitesse, ou poussée, provoquée par l'accélération et la décélération de la chaîne lorsqu'elle fait le tour du pignon maillon par maillon. Cela commence dès que la ligne de pas de la chaîne entre en contact avec la première dent du pignon. Ce contact se produit à un point situé en dessous du cercle primitif du pignon. Lorsque le pignon tourne, la chaîne est soulevée jusqu'au cercle primitif, puis redescendue à mesure que la rotation du pignon continue. En raison de la longueur de pas fixe, la ligne de pas du maillon coupe la corde entre deux points de pas sur le pignon, restant dans cette position par rapport au pignon jusqu'à ce que le maillon sorte du pignon. Cette montée et cette descente de la ligne de pas sont à l'origine de l'effet de corde ou de la variation de vitesse.

En d'autres termes, les transmissions à chaîne à rouleaux conventionnelles sont sujettes aux vibrations, car le rayon d'action effectif d'une combinaison chaîne et pignon change constamment pendant la révolution (« action chordale » ). Si la chaîne se déplace à vitesse constante, les arbres doivent accélérer et décélérer constamment. Si un pignon tourne à une vitesse constante, la chaîne (et probablement tous les autres pignons qu'elle entraîne) doivent accélérer et décélérer constamment. Ce n'est généralement pas un problème avec de nombreux systèmes de transmission ; cependant, la plupart des motos sont équipées d'un moyeu de roue arrière à bagues en caoutchouc pour éliminer pratiquement ce problème de vibration. Les transmissions par courroie crantée sont conçues pour limiter ce problème en fonctionnant à un rayon de pas constant ).

Les chaînes sont souvent plus étroites que les courroies, ce qui peut faciliter le passage à des vitesses plus grandes ou plus petites afin de faire varier le rapport de démultiplication. Les vélos à plusieurs vitesses avec dérailleurs en font usage. De plus, l'engrènement plus positif d'une chaîne peut faciliter la construction d'engrenages dont le diamètre peut augmenter ou diminuer, modifiant ainsi le rapport de démultiplication. Cependant, certaines courroies synchrones plus récentes prétendent avoir « une capacité équivalente à celle des transmissions par chaîne à rouleaux de même largeur ».

Les deux systèmes peuvent être utilisés pour déplacer des objets en y attachant des poches, des seaux ou des cadres. Les chaînes sont souvent utilisées pour déplacer des objets verticalement en les maintenant dans des cadres, comme dans les grille-pain industriels, tandis que les courroies sont efficaces pour déplacer des objets horizontalement sous la forme de bandes transporteuses . Il n'est pas rare que les systèmes soient utilisés en combinaison. Par exemple, les rouleaux qui entraînent les bandes transporteuses sont eux-mêmes souvent entraînés par des chaînes d'entraînement.

Les arbres de transmission sont une autre méthode courante utilisée pour déplacer la puissance mécanique qui est parfois évaluée par rapport à la transmission par chaîne. En particulier, la transmission par courroie, la transmission par chaîne ou la transmission par arbre est une décision de conception clé pour la plupart des motos. Les arbres de transmission ont tendance à être plus résistants et plus fiables que la transmission par chaîne, mais les engrenages coniques ont beaucoup plus de friction qu'une chaîne. Pour cette raison, pratiquement toutes les motos hautes performances utilisent une transmission par chaîne, les dispositifs à entraînement par arbre étant généralement utilisés pour les machines non sportives. Les transmissions par courroie crantée sont utilisées pour certains modèles (non sportifs).

La transmission par chaîne était la principale caractéristique qui différenciait le vélo de sécurité introduit en 1885, avec ses deux roues de taille égale, du type de vélo à roue libre à transmission directe ou du type « high wheeler ». La popularité du vélo de sécurité à chaîne a entraîné la disparition du vélo à roue libre, et il reste aujourd'hui une caractéristique fondamentale de la conception des vélos.

De nombreuses voitures anciennes utilisaient un système de transmission par chaîne, qui était une alternative populaire au système Panhard . Une conception courante consistait à utiliser un différentiel situé près du centre de la voiture, qui transférait ensuite la transmission à l' essieu arrière via des chaînes à rouleaux. Ce système permettait une conception relativement simple qui pouvait s'adapter au mouvement vertical de l'essieu associé au système de suspension arrière .

Frazer Nash était un fervent partisan de ce système utilisant une chaîne par engrenage sélectionné par des embrayages à griffes . Leur système de transmission par chaîne (conçu pour la GN Cyclecar Company ) était très efficace, permettant des sélections de vitesse rapides. Ce système a été utilisé dans de nombreuses voitures de course des années 1920 et 1930. La dernière automobile à transmission par chaîne populaire était la Honda S600 des années 1960.

La transmission par chaîne, par courroie ou par arbre de transmission est une décision de conception fondamentale dans la conception de motos ; presque toutes les motos utilisent l'une de ces trois conceptions.