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Pratiques et Techniques de la Plaisance

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Accueil du site > Articles > Les moteurs > Tension des courroies : la méthode harmonique

Rubrique : Les moteurs

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Tension des courroies : la méthode harmoniqueVersion imprimable de cet article Version imprimable

Publié 29 mai, (màj 2 juin) par : Négofol   

Copyright : Les articles sont la propriété de leurs auteurs et ne peuvent pas être reproduits en partie ou totalité sans leur accord
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Une tension correcte est un paramètre important pour tous les mécanismes utilisant des courroies.
Si une tension correcte est nécessaire pour obtenir une bonne efficacité et une durée de vie normale pour une courroie trapézoïdale, elle est essentielle pour une courroie de distribution dont la défaillance peut entraîner la destruction du moteur.

Les méthodes traditionnelles :

Lorsque les moteurs n’avaient que des courroies trapézoïdales pour entraîner les accessoires, la tension n’était pas vraiment critique car le principe même de cette courroie la rend assez tolérante sur ce point.
Les méthodes de réglage de la tension étaient le plus souvent approximatives, du genre :

  • On doit pouvoir tourner la courroie de 90 ° et pas plus,
  • En appuyant avec le pouce, la courroie doit se déplacer de (variable : son épaisseur, 1 cm…)


Ce n’était pas très scientifique et déjà des appareils avaient été développés pour mesurer la tension de courroie, en général basés sur la déformation de la courroie sous un effort donné, comme celui montré ici.


Le problème des courroies « modernes » :

La situation est devenue plus critique avec l’apparition de nouveaux types et utilisations de courroie, beaucoup moins tolérantes du fait de l’introduction de fibres de renfort à faible allongement (fibre de verre, polyester, Twaron/Kevlar) qui rendent la mesure de tension par déplacement difficile et imprécise.

Les types de courroie concernés sont notamment :

  • La courroie plate rainurée (Poly-V, ribbed belt) utilisée pour entraîner les accessoires en remplacement de la courroie trapézoïdale car tolérant des poulies plus petites et des parcours complexes du fait de sa grande souplesse. Cette technologie introduite par Mercedes en 1985 nécessite une tension précise et élevée pour assurer le fonctionnement et la durabilité de la courroie et les moyens courants chez les concessionnaires se sont avérés inadaptés.
  • La courroie crantée (timing belt), utilisée pour remplacer les chaînes, notamment pour la distribution des moteurs essence ou Diesel. Cette technologie, initialement développée pour l’industrie textile (Singer en 1945) a été introduite dans l’industrie des moteurs grâce à des progrès améliorant la tenue en puissance et température et la multiplication des moteurs à arbre(s) à cames en tête (première application : une Panhard de compétition en 1956 et en série la Fiat 124 Spyder en 1966). Cette solution s’est répandue assez vite car moins bruyante et moins chère que la chaîne utilisée auparavant, mais rapidement des problèmes de tenue sont apparus notamment liés à des problèmes de tension mal réglée. Il a été alors recherché une solution simple d’emploi et abordable. Les solutions utilisées au début (flèche sous charge, serrage au couple des tendeurs excentriques) s’avéraient peu fiables en service.

La méthode harmonique :

La solution de mesure harmonique de la tension a été proposée dans un article de Fawcett, Burdess et Hewit en 1989 et le premier matériel commercialisé par la firme britannique Clavis la même année.

Le principe est bien connu : c’est le principe physique dit des cordes vibrantes : une corde vibre à une fréquence qui dépend de la tension (plus tendue = son plus aigu) et de la masse de la corde (plus lourde = son plus grave). C’est notamment le principe de l’accord des instruments à cordes du piano à la guitare.

La relation entre tension et fréquence est donnée par la formule :

T = 4 M L² F²

T = Tension en Newtons
L = longueur libre du brin en mètres
F = Fréquence en Hz (mesurée)
M = Masse par unité de longueur de la courroie, en kg/mètre

Exemple de calcul :

Pour une courroie d’alternateur à 5 nervures, le poids de la courroie mesuré est 0,096kg. la longueur de la courroie est 0,868m, donc M = 0.096/0.868

M = 0.11 kg/m
La fréquence mesurée est 220Hz. Quelle est la tension ?

La longueur du brin mesuré est 0.17m (distance entre les points de contact aux poulies), la masse linéique 0.11 kg/m

T = 4 x 0.11 x (0.17 x 0.17) x (220 x 220)

T = 610N

soit, en unité plus courante, même si pas légale

T = 610/9.81 = 62 Kg

Il suffit donc, moteur arrêté, de mesurer la fréquence de vibration propre de la courroie, excitée en la frappant légèrement, pour connaître la tension avec précision.

L’application pratique :

Cette méthode s’est répandue très rapidement dans l’industrie automobile et des moteurs car très fiable et souple, tout d’abord sur les chaînes de production.

La photo ci-contre montre un moteur Diesel Lombardini en production lors de l’opération de réglage de tension de la courroie : le boitier couleur alu fixé en bas à droite le long de la courroie de distribution est un automate Clavis qui comporte un marteau frappant la courroie et un capteur mesurant les vibrations.

Les premiers appareils étaient encombrants et coûteux, mais rapidement des matériels abordables et peu encombrants sont apparus.

Ceci a permis à la technique de se répandre dans le réseau de distribution, d’abord pour les matériels à haute performance (première application en réseau : motos Ducati), remplaçant progressivement les tensiomètres mécaniques jusqu’à devenir le seul outil autorisé chez tous les constructeurs pour la maintenance.


Les appareils de réglage :

De nombreux appareils de réglage existent sur le marché, proposés par les marques de courroie ou d’outillage de mécaniciens. En fait, du fait de brevets, il y a beaucoup moins de fabricants que de marques commerciales, la plupart proposant des matériels rebadgés.

Ils se répartissent en deux types :

  • Les appareils utilisant un capteur laser pour mesurer le déplacement de la courroie. Ces appareils, en général un peu plus chers, sont bien adaptés aux mesures en milieu industriel bruyant et à des courroies très longues (bande de mesure s’étendant aux fréquences basses jusqu’à 10 Hz)
  • Les appareils utilisant un capteur acoustique (microphone), moins chers, mais plus limités en bande passante (en général > 30 Hz) et pouvant être perturbés par le bruit ambiant. Ils sont néanmoins bien adaptés à un usage courant sur de petits moteurs (automobile, bateau de plaisance).

Les prix pour des appareils commerciaux de bonne qualité vont de 600 à 2 000 € environ.

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La notice jointe de l’appareil vendu par SKF indique la méthode et les annexes donnent en particulier pas mal de renseignements pour l’appliquer si la fréquence n’est pas donnée par la documentation d’atelier.

Les sites des fabricants de courroie donnent en général les masses linéiques des courroies par référence. Sinon, il suffit de peser la courroie et mesurer (ou lire sur le dos) la longueur de la courroie.

Les solutions abordables :

Même si cette méthode a beaucoup d’avantages, il est évident que l’achat d’un appareil de ce type est difficile à justifier si vous n’avez qu’un ou deux moteurs à entretenir…

Mais là intervient le marin débrouillard ….

1- La méthode simple :

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Il suffit de prendre votre smartphone et de télécharger une application pour accorder les guitares !

Il est commode de disposer d’un petit microphone pour l’appliquer, pour ma part un petit micro cravate acquis sur le net pour quelques euros.

Il pourra être nécessaire d’essayer plusieurs applis (en général gratuites en version de base, suffisante ici) pour en trouver une commode pour l’utilisation envisagée.



J’utilise pour ma part (sur un téléphone sous Windows 10) PitchLab en version de base gratuite. (existe aussi sous Android)
Ce qui vous intéresse est de trouver un écran qui affiche en clair la fréquence du son.

Déroulement de la mesure :
• Positionner le micro à faible distance (1 à 2 cm) du milieu du brin de la courroie à mesurer
• Frapper la courroie à proximité
• Lire la fréquence mesurée sur l’écran….

Et c’est tout ! Étonnant, non ?

Remarques :

Pour ne pas risquer de blesser la courroie (les renforts textile sont très près de la surface) utiliser obligatoirement pour exciter la courroie un objet lisse et non coupant. J’ai longtemps utilisé un vieux tournevis Facom (ceux avec manche orange translucide) tenu par la lame, et finalement j’ai réalisé un petit outil adapté en enfilant un bout de durite sur une chute de rond en laiton (un ami médecin a recyclé un marteau à réflexes…).

Par ailleurs, les courroies pouvant être endommagées par une tension exagérée, procéder avec précaution en tendant progressivement jusqu’à obtention de la bonne valeur.

2- La méthode « savante » :

Si vous voulez avoir l’air de maîtriser le sujet et briller en société, une méthode alternative plus élaborée :

Télécharger un logiciel d’édition de signal audio par exemple Audacity (libre et gratuit) sur votre PC portable.

Ensuite la mesure se déroule ainsi :
• Connecter le micro à l’entrée correspondante du PC
• Procéder à la mesure comme ci-dessus.


Vous allez obtenir une onde amortie comme celle-ci-contre, qui montre bien la réponse de la courroie à un petit choc.
Il suffit alors sélectionner le morceau central de la courbe et de déclencher une analyse de fréquences (Menu analyse, tracer le spectre)(en termes savants on fait une transformée de Fourier rapide, ça fait classe…) et vous obtenez les fréquences composant le son enregistré.



Ce qui vous intéresse est le premier harmonique. La fréquence correspondante est indiquée en clair (ici 52 Hz).

Tuto sur Youtube :
https://www.youtube.com/watch?v=Q_W...



La méthode « savante » en application pour régler la tension de la courroie d’accessoires d’une Smart Série 1… Ici, la valeur correcte est 250 Hz pour une courroie neuve et 200 Hz mini en service mesurés sur le brin entre poulie moteur et alternateur [250 Hz = 450 N / 45 kg de tension].


3- Etalonnage :

Tout appareil de mesure doit pouvoir être étalonné !

Une solution simple est le logiciel gratuit Tone Generator (de PC Revue) qui permet d’émettre sur les haut-parleurs de votre PC un son à une fréquence de votre choix et donc de vérifier le fonctionnement correct de votre micro connecté au téléphone et l’appli utilisée…
La précision vérifiée est nettement meilleure que 1 Hz.


Cette méthode est très précise et permet de vérifier la tension de courroie facilement et sans se salir les mains ! L’essayer c’est l’adopter amha…


Remarque importante pour les courroies de distribution :

Pour une courroie de distribution, les fortes résistances des organes entraînés ne permettent pas une égalisation immédiate des tensions lors des retouches du tendeur. Il est nécessaire de faire faire au moteur quelques (2 ou 3 au moins) tours pour avoir une mesure fiable après modification de la tension (à la main ou au démarreur, mais sans injection ou allumage).

Certains constructeurs indiquent une première tension (fréquence) plus élevée pour le premier montage pour bien « placer » la courroie, ensuite abaissée à la valeur de service.

Dans des cas de service très contraignant, il est parfois indiqué de mesurer les fréquences du brin tendu et du brin retour et de faire la somme des fréquences relevés, qui doit être celle indiquée au manuel, vérifiant ainsi une parfaite répartition de la tension (exemple : certains moteurs Ferrari…).

En effet, contrairement à ce qu’on pourrait penser à priori, les modes de défaillance les plus fréquents des courroies de distribution ne sont pas la rupture, mais le saut ou le cisaillement de quelques dents, pouvant entraîner de très graves dégâts au moteur.
En particulier les moteurs où la même courroie crantée entraîne les arbres à cames et la pompe à eau sont plus exposés à ce type de problème du fait du risque de grippage de la pompe. Moteurs à éviter si possible….

UP


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