Conception ventilateur centrifuge industriel

Bonjour à tous,

Dans le cadre d'un projet de conception d'organe de machine, j'aimerais dimensionner un ventilateur centrifuge industriel entrainé par courroie.

Le but de mon post est de me rassurer (ou non) dans la démarche que j'adopte et de voir si vous pensez que ça tient la route.
Je vous explique ci-dessous comment j’en arrive à un premier dimensionnement de l’arbre machine (c'est résumé).
J’aimerais vérifier cet arbre à la viabilité et à la fiabilité. Ceci doit se faire au départ d’un schéma rendu libre correct reprenant tous les efforts appliqués à l'arbre. J'ai quelques interrogations quant aux efforts appliqués.

Voici le style de machine à laquelle j’aimerais arriver :



Suivant le débit voulu (87500m³/h), j'ai sélectionné, dans un catalogue, une roue centrifuge sur base des courbes de fonctionnement.
Mes caractéristiques sont alors:
Rayon moyen : 701mm
Vitesse de rotation roue : 700 tpm
Presstion relative (delta P): 1200 Pa
Pmanométrique : 22,5 kW (je prends ça comme puissance indiquée)
Rendement : 84%
Poids de la roue: 263 kg
Bout d'arbre ISO conseillé: diamètre 75mm

Avec ces caractéristiques, je calcule la puissance à l'arbre:
Pa= Pmano/rendement= 22,5/0,84= 26,785 kW
Cind (couple indiqué) = Pmano/w= 22500/73,3[rad/s] = 306,94 Nm
Fr (force radiale ramenée à l'arbre) = Cind/ Rm = 306,94/0,701= 437,86 N
Force axiale = 1200.PI.0,701²= 1852,53N
Poids= 2630N

En parallèle, j’ai réalisé un calcul de courroie et poulies pour l’entrainement de l’arbre suivant le moteur défini, qui me donne une tention de +- 2380N.

Je choisi de réaliser un arbre de type étiré pour la facilité d'usinage. Ainsi, pour la conception de l'arbre et en vue du montage sur paliers isolés roulements à billes, je choisi un diamètre de roulement multiple de 5 supérieur au diamètre du bout d'arbre: 80mm (règle de conception issue d'un de mes livres. La portée entre les paliers = 5x diamètre roulement = 400mm (règle de conception provenant d’un de mes livres aussi). Afin de se laisser un peu d'espace pour la réalisation du bâti, du carénage etc., je prends une portée entre paliers de 450mm.
Le reste de la longueur de l'arbre est tributaire de l'encombrement de la machine.
Voici le premier montage :



Dans le respect de la mécanique statique, un de mes roulements assure une liaison cylindrique et l'autre une liaison pivot rotoïde.
Je dessine le schéma rendu libre de l'arbre suivant:



Pensez-vous que ce schéma est correct et reprend bien tous les efforts appliqués à l'arbre pour les calculs de résistance?
Pour vérifier l'arbre à la torsion, puis-je utiliser le moment de torsion Mt= Pa/w (Puissance à l'arbre / vitesse)? Ou faut-il prendre un compte un éventuel couple résistant supplémentaire (roue/courroie)?
La tension de courroie (T) est-elle appliquée correctement à l’arbre? J'imagine que je dois tenir compte de l'angle que forme la courroie avec le plan de l'arbre et décomposer la force suivant ses composantes x et y?



Avec les diagramme de résistance des matériaux M,N,T, j'ai trouvé que la section dangereuse (qui reprend le plus de contraintes) se situe au roulement A (celui de gauche).



J'imagine que pour les calculs des contraintes, je ne dois pas utiliser de coefficient de concentration de contraintes étant donné qu'a cette section "dangereuse", je n'ai pas de variation brusque de volume (le palier est monté sur manchon de serrage, donc pas d'épaulement de l'abre).
Cependant je me pose quand même la question vu qu'aux extrémités l'arbre présente des épaulements + clavettes pour montage de la roue et de la poulie. Mais c'est pas à cet endroit que je vérifie la résistance volumique. J'ai un gros doute là-dessus, pouvez-vous m'aider?

Avis, informations et conseils sont les bienvenus .

Un fois que j'aurai vérifié cet arbre, il faudra que je passe aux choix des roulements et à la vérification de ces derniers également.

Merci d'avance!

levraidd a écrit:Bonjour à tous,



Avec les diagramme de résistance des matériaux M,N,T, j'ai trouvé que la section dangereuse (qui reprend le plus de contraintes) se situe au roulement A (celui de gauche).





Merci d'avance!

Bonjour,
Quelle chance vous avez de savoir comment calculer le dimensionnement d'un tel arbre !
Nous nous n'avons que le pif !
Mais mon pif à moi, il n'est pas surpris du tout que le plus chargé soit à gauche : avec plus de 350 mm entre le centre de la portée de la roue et le centre du roulement on peut craindre. Heureux encore que l'arbre à cet endroit ne soit pas usiné. Il faudrait même qu'il soit poli pour qu'aucune amorce de rupture n'existe.
Si mentalement on intègre le diamètre, le poids de la roue (263 kg) et sa vitesse le montage ne respire pas l'abondance.
Je suivrai ce post avec plaisir.
Bien amicalement.
Papeteme

Bonjour

Je n'ai pas repris tout le calcul , mais mon "pif" trouve que cette roue de ventilateur de 1,5 m de diamètre pèse bien lourd avec ses 263 kg  !
Elle est en quoi ?        fonte allégée ?
Elle a besoin d'être particulièrement bien équilibrée car même à 700 tr/mn , la fatigue de l'arbre et des roulements sera rapide .
De quelle puissance est prévu le moteur  ?
Et la transmission sur une seule courroie ?
Une grosse turbine tangentielle sur deux paliers serai bien plus efficace et facile a concevoir , avec une tenue bien meilleure car il n'y aurai pas cet important porte a faux d'une masse de 263 kg tournant à 700 tr au bout d'un arbre .

Mon "Pif"  a des doutes .....de gros doutes .....
a suivre ....

@+

Hello,

Merci pour vos réponses.

Alors effectivement ça semble un peu lourd.
Ci-dessous, un extract du catalogue pour la roue choisie. Je vois poids turbine: 263Kg. Il s'agit alors certainement de l'ensemble avec le collecteur?

J'ai selectionné un moteur de 30Kw qui tourne à 1000 tpm afin de limiter le rapport de réduction et d'avoir des poulies de diamètre relativement proche.
Mon calcul de courroie me mène à 3 brins (3 courroies).

Je vais devoir trouver une autre roue car elle n'est pas vraiment adaptée pour un montage porte-à-faux.
Je me suis basé sur ces valeurs pour avoir des données d'une roue quelconque et démarrer une démarche qui mènerait à la conclusion: oui l'arbre tient; ou non, il est trop chargé (ou mal chargé justement).
Ainsi même si la roue est une double aspi, dans un premier temps, je passe là dessus. J'aimerais calculer l'arbre d'entrainement sur base de données quelconques de départ.
Je pourrais ensuite rendre la démarche paramètrée. Et l'adapter avec une roue adéquate (plus caractéristiques associées) par la suite.

Concernant la torsion, puis-je prendre uniquement le Mt= Pa/w (Puissance à l'arbre / vitesse) en compte ou y a-t-il d'autres efforts intervenants dans la torsion?

Bonne soirée