Étude et conception d’un tendeur à rouleau pour transporteur

 

 Étude & conception d’un tendeur à rouleau pour transporteur à courroies rondes : guide technique avec modèle CAO

Dans ce guide technique, je présente une étude complète pour la conception d’un tendeur à rouleau destiné à un transporteur à courroies rondes, avec les caractéristiques suivantes : rouleau de diamètre 120 mm, courroie ronde en PEHD Ø 9,5 mm, tension de 14 ,724 daN, longueur du transporteur 6 m, charge linéique 4,425 kg/m, vitesse de bande 1,6 m/s, fonctionnement 8 heures par jour, tendeur manuel par tige, matériaux : PVC U pour le rouleau, C35 pour l’arbre, livrables : modèles 2D/3D sous SolidWorks.

Je décris ici :

• le dimensionnement mécanique complet,

• le choix matériaux et composants,

• les bonnes pratiques CAO,

• un plan d’entretien,

• et je mets en évidence ce qui distingue cet article des ressources existantes.

 

Sommaire

1. Introduction
   
2. Cahier des charges & données techniques
   
3. Dimensionnement : calculs détaillés
   
4. Choix des matériaux & composants
   
5. Réalisation CAO – conseils SolidWorks
   
6. Entretien & contrôle
   
7. FAQ
   
8. Conclusion

 

1. Introduction

Les transporteurs à courroies rondes sont largement utilisés dans l’industrie légère, l’agroalimentaire ou le conditionnement, où la manipulation de charges légères, la résistance à la corrosion, la facilité de nettoyage et la maintenance jouent un rôle important. Pour garantir une efficacité, éviter le glissement de la courroie, prolonger la durée de vie des composants et faciliter l’installation et le réglage, un tendeur de courroie bien dimensionné est essentiel.

Cet article se propose de guider pas-à-pas la conception d’un ameneur (tendeur) à rouleau adapté à une courroie ronde en PEHD, avec un rouleau important de Ø 120 mm, en s’appuyant sur les données du projet que vous avez fournies. On y intégrera les calculs, les vérifications mécaniques, les choix de matériau, les conseils pratiques pour la modélisation SolidWorks, ainsi que les recommandations d’entretien.

 

 Tendeur à tambour pour transporteur

 

 2. Cahier des charges & données techniques

 Voici le résumé des données techniques fournies par le client :

 

Hypothèses complémentaires retenues pour les calculs :

• Les rouleaux seront installés tous les 0,15 m (150 mm) sur le chemin de roulement de la courroie.

• On suppose que la courroie porte uniformément la charge.

• On néglige les pertes de puissance dues aux frottements externes (roulements, guidage) pour certains calculs, mais on les évoquera pour la matière/usure.

 

 3. Dimensionnement : Calculs détaillés

 a) Calcul de la charge totale & répartition

Masse totale transportée :

$$m_{\text{tot}} = q \times L = 4,425\, \text{kg/m} \times 6\, \text{m} = 26,55\, \text{kg}$$

Poids correspondant :

$$P = m_{\text{tot}} \times g \approx 26,55\, \text{kg} \times 9,81\, \text{m/s}^2 ≈ 260,4\, \text{N}$$

Répartition sur les rouleaux :

Si le pas de rouleaux s = 0,15 m, nombre de rouleaux actifs :

$$N = \frac{L}{s} = \frac{6000}{150} = 40$$

Charge utile par rouleau liée au produit :

$$P_{\text{prod.par rouleau}} = \frac{260,4\, \text{N}}{40} ≈ 6,51\, \text{N}$$

Ajoutons le poids propre du rouleau. Estimons la densité du PVC U ≈ 1,4 g/cm³, section du tube de diamètre 120 mm, épaisseur par exemple 5 mm (à définir selon choix fabrication). Diamètre extérieur Dext = 120 mm, diamètre intérieur Dint = 120 – 2×5 = 110 mm.

Volume du tube par rouleau :

$$V = \pi \times \frac{(D_{ext}^2 - D_{int}^2)}{4} \times l$$

Prenons longueur utile du rouleau l = largeur de bande + marges, supposons l ≈ 200 mm (à ajuster).

$$V ≈ \pi × \frac{(0,12^2 − 0,11^2)}{4} × 0,20 ≈ \pi × \frac{(0,0144 − 0,0121)}{4} × 0,20 ≈ \pi × \frac{0,0023}{4} × 0,20 ≈ \pi × 0,000575 × 0,20 ≈ 0,00036 m^3$$

Masse du tube par rouleau :

$$m_{\text{rouleau}} ≈ V × \rho = 0,00036 m^3 × 1400 kg/m^3 ≈ 0,50 kg$$

Poids propre : ≈ 0,50 × 9,81 ≈ 4,9 N

Ainsi charge totale sur un rouleau ≈ 6,51 + 4,9 = 11,41 N

 b) Flexion du rouleau / flèche

Vérification de la flèche sous charge distribuée ou point de charge localisée. Supposons charge concentrée au milieu du rouleau (conservateur) pour le pire cas.

Pour une poutre simplement appuyée de longueur l, charge ponctuelle F au milieu :

Flèche maximale :

$$\delta = \frac{F\, l^3}{48\, E\, I}$$

• Longueur l (entre appuis) = largeur utile + flasques, disons 200 mm = 0,20 m

• Force F = charge totale sur rouleau = environ 11,41 N

• Module d’élasticité E pour PVC U ≈ 3,0 à 4,0 GPa (3000-4000 MPa). Prenons E = 3,5 GPa = 3,5×10⁹ N/m²

• Moment d’inertie I de section tubulaire :

$$I = \frac{\pi}{64} (D_{ext}^4 – D_{int}^4)$$

avec Dext = 0,12 m, Dint = 0,11 m :

$$D_{ext}^4 = (0,12)^4 = (2.0736 × 10^{-3}) ; D_{int}^4 = (0,11)^4 = (1.4641 × 10^{-3})$$ $$D_{ext}^4 − D_{int}^4 = 0,0006095$$$$I ≈ \frac{\pi}{64} × 0,0006095 ≈ 3,0 × 10^{-5} m^4$$

Maintenant flèche :

$$\delta = \frac{11,41 × (0,20)^3}{48 × 3,5×10^{9} × 3,0×10^{-5}} = \frac{11,41 × 0,008}{48 × 3,5×10^{9} × 3,0×10^{-5}} = \frac{0,09128}{48 × 105000} ≈ \frac{0,09128}{5,04×10^{6}} ≈ 1,81 × 10^{-5} m = 0,0181 mm$$

Très faible flèche — ce qui indique que sous ces charges, un rouleau en PVC U de Ø120 mm est très rigide, la déformation est négligeable. Même en augmentant charge ou largeur, on reste dans un domaine acceptable (< 0,5 mm).

 

Rouleau de guidage: Flexion du rouleau / flèche

 

 c) Résistance de l’arbre (flexion & cisaillement)

L’arbre supporte une charge radiale ≈ 11,41 N concentrée sur une portée libre (la distance entre roulements ou appuis). Supposons portée libre entre roulements de 200 mm. Moment de flexion :

$$M = F × a = 11,41 N × 0,10 m = 1,141 N·m$$

(si le point de charge est au centre, a = l/2 = 0,10 m)

Section circulaire de l’arbre, diamètre à définir. Prenons un diamètre d’arbre d = 20 mm = 0,02 m. Section résisteur :

Moment de section (module de flexion) :

$$W = \frac{\pi d^3}{32} = \frac{\pi × (0,02)^3}{32} ≈ \frac{3,1416 × 8 × 10^{-6}}{32} ≈ 7,85 × 10^{-7} m^3$$

Contrainte en flexion :

$$\sigma = \frac{M}{W} = \frac{1,141}{7,85 × 10^{-7}} ≈ 1,45 × 10^{6} N/m² = 1,45 MPa$$

Avec acier C35 (limite d’élasticité environ 350 MPa), cela est très faible, donc dimension de 20 mm est très sécuritaire. Même avec des charges plus grandes ou portée plus grande (par exemple 300-400 mm), on resterait largement sous les limites.

 d) Tension de la courroie & précontrainte

Vous donnez tension nominale 14,724 daN, soit 147,24 N. Il faudra :

• Un tendeur manuel (tige filetée) capable de fournir cette tension plus marge de sécurité (par exemple +10 - 20 %) pour compenser détente et usure.

• Permettre une course de tension suffisante pour ajuster la longueur de la bande / variation de température / détente – par exemple prévoir 20-30 mm de réglage selon concept.

• Assurer que le tendeur permet maintient stable sans jeu — contre-écrous, guidage linéaire du palier mobile.

 e) Vitesse, usure & durée de vie

• Vitesse de 1,6 m/s est modérée ; cela limite les pertes dues au frottement de surface.

• En fonctionnement 8 h/j, usure des surfaces de contact (courroie/rouleaux) et fatigue cyclique des roulements à prendre en compte. On dimensionne roulements pour durée de vie de quelques années, selon usage.

• Tenir compte de la résistance à l’abrasion et des effets de la température (PEHD peut ramollir légèrement aux températures élevées, PVC U selon formulation peut devenir cassant ou se déformer si chargé, selon l’environnement).

 4. Choix des matériaux & composants

 a) Courroie ronde en PEHD Ø 9,5 mm

• Le PEHD (polyéthylène haute densité) : bonne résistance chimique, faible friction, flexibilité raisonnable, poids léger.

• Limites : élasticité, sensibilité à UV / température extrême. Si application extérieure ou chaleur, prévoir protection ou choisir variante stabilisée.

• Recommandation : choisir courroie avec un cordon de renfort (si disponible), ou s’assurer que la précontrainte initiale ne dépasse pas la limite d’élongation du PEHD pour éviter déformation permanente.

 b) Rouleau en PVC U Ø 120 mm

• Le PVC U présente avantages : léger, bon coût, facile à usiner, résistant à corrosion et aux agents chimiques.

• Pour la surface de roulement, s’assurer finition lisse pour éviter usure prématurée de la courroie.

• Épaisseur murale assez grosse pour résister aux sollicitations (ici on a calculé flèche négligeable, mais l’épaisseur influence durabilité).

• Considérer éventuellement revêtement ou bague en matériau plus dur (polyuréthane, acier) si abrasion importante.

   

  

   Rouleau en PVC U Ø 120 mm

   

  
  

   ROLLAX : Rouleau Autocentreur pour Bande Transporteuse, par HAMSA

    

 c) Arbre en acier C35

• C35 (≈ 0,35 % carbone) : acier moyen, bon compromis entre résistance, usinabilité et coût.

• Surface traitée recommandée (trempe superficielle, nitruration, ou revêtement anti-corrosion) si exposition à l’humidité ou chimie.

• Diamètre : 20 mm est sûr selon calculs ci-dessus, mais si portée entre roulements augmente, augmenter diamètre ou ajouter supports intermédiaires.

 d) Roulements et paliers

• Roulements à billes étanches ou garnis, dimensionnés pour charge radiale ≈ (force calculée) plus facteur de sécurité, et pour durée de vie souhaitée (souvent L10 calculé).

• Type standard (ex : 6204 ou 6304 selon diamètre arbre et largeur rouleau), selon contraintes dimensionnelles.

• Paliers ou flasques : éventuellement pièces en acier ou en plastique renforcé, bien alignées pour éviter frottement excentré.

 e) Tendeur manuel

• Tige filetée (pas standard, par exemple M10 ou M12 selon charge) avec écrous de blocage.

• Guidage du palier mobile (rails ou coulisseaux) pour éviter tout jeu latéral.

• Butées ou repères de réglage pour garantir tension correcte.

   

  
  
  

  Tendeur manuel

   

 5. Réalisation CAO – conseils SolidWorks

 a) Modélisation 3D

• Modéliser d’abord le rouleau complet : tube PVC U, flasques, arbre, roulements. Utiliser des fichiers de roulements standard (bibliothèque) pour garantir compatibilité.

• Puis le tendeur : tige filetée, palier mobile, support fixe, contre-écrou. Permettre la course dans le modèle (paramétrer la tige pour simuler réglage).

 b) Plan 2D / mise en plan

• Dessins des pièces (tube, flasque, arbre, tige) avec toutes les cotes critiques : diamètres, tolérances, alésages, états de surface.

• Assembler via vues éclatées et vues en coupe pour visualiser le montage des roulements et le fonctionnement du tendeur.

   

  
  
  

   Arbre du rouleau tendeur

   

 c) Tolérances & assemblage

• Arbre / alésage roulement : tolérances H7 / g6 ou selon fournisseur.

• Jeu radial minimal pour jeu thermique ou usure.

• Alignement : s'assurer que les axes des rouleaux sont parallèles, la tige de tension est bien alignée pour éviter flexion ou torsion non désirée.

 d) Paramétrage & reproductibilité

• Utiliser des variables dans SolidWorks (paramètres de diamètre, longueur de rouleau, course du tendeur) pour pouvoir ajuster facilement si les données changent.

• Noter les matériaux dans le modèle pour simulations éventuelles ou pour export d’impacts de matériaux.

 

 6. Entretien et contrôle

 a) Programme d’entretien

 

 b) Critères de remplacement

• Flèche ou déformation permanente du rouleau visible ou mesurable (> ~1 % du diamètre).

• Courroie : fissures, usure, perte d’élasticité, glissement persistant après réglage.

• Roulements : jeu excessif, bruit, surchauffe.

• Tendeur : filetage usé, jeu latéral, difficulté de réglage.

 

 Téléchargement

 

 Télécharger le plan d'ensemble en PDF et les pièces en format SolidWorks ici: Lien

 

 Autres projets utiles: 

PFE: Conception d’un Système de Virage pour Tambour Granulateur

 

 

 8. Conclusion

Cette étude montre qu’avec vos données (rouleau Ø120 mm, courroie ronde PEHD Ø9,5 mm, tension 147,24 N, longueur 6 m, charge linéique 4,425 kg/m, vitesse 1,6 m/s), la conception d’un tendeur manuel par tige avec matériaux PVC U (rouleau) et C35 (arbre) est tout à fait viable, rigide, durable, et économique. Les calculs montrent des contraintes très modestes, un fléchissement minimal, ce qui permet d’optimiser les coûts sans sacrifier la performance.

Les livrables recommandés : modèle 3D sous SolidWorks + mise en plan 2D, rapport de dimensionnement + revue des tolérances + liste de composants + instructions d’entretien. Ces éléments vous permettront non seulement de fabriquer, mais aussi de valider et maintenir le système sur le long terme.

 

 

 7. FAQ

Q1 : Peut-on omettre le tendeur si la courroie est courte ou très tendue d’origine ?

R : Pas recommandé. Même avec une courroie courte, la détente, les variations de température ou le glissement nécessitent un réglage. Le tendeur manuel assure une marge de sécurité.

Q2 : Pourquoi choisir un rouleau de Ø 120 mm ? N’est-ce pas surdimensionné ?

R : Un plus grand diamètre réduit la courbure de la courroie, ce qui limite l’usure du matériau, réduit les efforts de flexion sur l’arbre, améliore la durée de vie. Le surcoût en poids ou matériau est compensé dans de nombreux cas.

Q3 : Est-ce que le PVC U ne se fissure pas dans le temps sous charge cyclique / environnement agressif ?

R : Le PVC U est assez résistant mais selon formulation il peut être sensible aux UV ou aux produits chimiques. Pour usage extérieur ou impliquant agents agressifs, prévoir formulation stabilisée ou revêtement complémentaire.

Q4 : Quelle marge de sécurité recommander pour la tension nominale ?

R : Généralement 10-20 % au-dessus de la tension nominale pour compenser l’élasticité initiale, les pertes d’allongement au cours du temps. Mais ne pas dépasser la résistance mécanique critique de la courroie.