Types d'engrenages

1. Introduction

De nombreux types d'engrenages constituent un élément essentiel d'innombrables systèmes mécaniques., trouvé partout, des automobiles aux machines industrielles et même à l'électronique grand public de tous les jours.

Ils fonctionnent en transmettant la force de rotation entre les composants de la machine, permettant un contrôle précis du mouvement, vitesse, et couple.

Les engrenages sont essentiels au fonctionnement fluide et efficace des machines, avec différents types d'engrenages adaptés à différentes applications.

2. Qu'est-ce qu'un engrenage?

Un engrenage est un composant mécanique denté qui engrène avec une autre pièce dentée, souvent une autre vitesse, pour transmettre le couple et le mouvement. Les engrenages peuvent augmenter le couple en sacrifiant la vitesse, ou ils peuvent augmenter la vitesse au détriment du couple.

L'efficacité et la fonctionnalité des engrenages dépendent de leur forme, taille, matériel, et comment ils interagissent les uns avec les autres.

3. Différents paramètres des engrenages

Comprendre les paramètres des engrenages est crucial pour concevoir des systèmes d'engrenages efficaces et fiables. Ces paramètres influencent la manière dont les engrenages s'engrènent, combien de charge ils peuvent supporter, et leurs performances globales dans diverses applications. Voici un aperçu des paramètres clés:

1. Nombre de dents

Le nombre de dents d'un engrenage est un paramètre fondamental qui affecte son rapport de démultiplication et ses performances.. Il détermine la capacité de l’engrenage à s’engrener avec un autre engrenage et influence la vitesse et le couple de sortie..

• Rapport de démultiplication: Le rapport entre le nombre de dents sur deux engrenages en prise détermine la relation entre la vitesse et le couple..
  Par exemple, un engrenage avec 20 dents engrenant avec un engrenage avec 40 les dents ont un rapport de démultiplication de 1:2, ce qui signifie que le plus grand engrenage tournera à la moitié de la vitesse du plus petit engrenage mais avec le double du couple.

2. Profondeur totale

La profondeur totale fait référence à la profondeur totale d'une dent d'engrenage, qui comprend à la fois l'addenda et le dédendum. Il est essentiel d'assurer un bon engrènement avec les engrenages adjacents..

• Addenda: La hauteur de la dent de l'engrenage au-dessus du cercle primitif.
• A donner: La profondeur de la dent en dessous du cercle primitif.

La profondeur totale est essentielle pour déterminer la résistance de l'engrenage et l'espace requis pour que les dents de l'engrenage s'engrènent sans interférence..

3. Cercle de lancement

Le cercle primitif est un cercle imaginaire qui roule sans glisser sur le cercle primitif d'un engrenage conjugué.. Il est crucial de garantir la manière dont les engrenages interagissent et s'emboîtent les uns avec les autres..

• Diamètre de pas: Le diamètre du cercle primitif. Il est utilisé pour calculer le rapport de démultiplication et pour garantir que les engrenages s'engrènent correctement..

4. Cercle racine

Le cercle racine est le cercle qui passe par le fond des rainures des dents de l’engrenage.. Il détermine le diamètre minimum de l’engrenage et est important pour comprendre la résistance et la durabilité de l’engrenage..

• Diamètre de racine: Le diamètre du cercle qui relie les bases des dents.

5. Cercle extérieur

Le cercle extérieur, ou diamètre extérieur, est le cercle qui passe par les pointes des dents de l'engrenage. Il est essentiel pour déterminer la taille globale et le jeu de l’engrenage..

• Diamètre extérieur: Le diamètre mesuré de la pointe d'une dent à la pointe de la dent opposée.

6. Diamètre de pas

Le diamètre primitif est le diamètre du cercle primitif et constitue un paramètre essentiel pour calculer le rapport de transmission et garantir un engrènement correct entre les engrenages..

• Formule: Diamètre primitif = Nombre de dents / Pas diamétral (pour les unités impériales) ou Diamètre de pas = (Nombre de dents * Module) (pour les unités métriques).

7. Pas circulaire

Le pas circulaire est la distance entre les points correspondants sur les dents adjacentes, mesuré le long du cercle primitif. Il est important de garantir un engrènement et un alignement corrects des engrenages..

• Formule: Pas circulaire = π * Diamètre de pas / Nombre de dents.

8. Module

Le module est une mesure de la taille des dents, défini comme le rapport entre le diamètre primitif et le nombre de dents. Il est utilisé dans le système métrique pour standardiser les tailles d'engrenages..

• Formule: Module = Diamètre primitif / Nombre de dents.

9. Pas diamétral

Le pas diamétral est le nombre de dents par pouce du diamètre primitif. Il est utilisé dans le système impérial pour standardiser les tailles d'engrenages et est l'inverse du module..

• Formule: Pas diamétral = Nombre de dents / Diamètre de pas.

10. Épaisseur circulaire

L'épaisseur circulaire est l'épaisseur d'une dent d'engrenage mesurée le long du cercle primitif. Cela affecte la résistance de l’engrenage et l’efficacité de la transmission de puissance..

• Formule: Épaisseur circulaire = Pas circulaire / 2.

4. Comment fonctionnent les engrenages ?

Les engrenages sont des dispositifs mécaniques, généralement circulaire, avec des dents sur leurs bords utilisées pour transmettre la force de rotation et le couple dans les machines.

Fonctionnement en binôme, les engrenages engagent leurs dents pour éviter le glissement. En engrenages circulaires, la vitesse de rotation et le couple restent constants, tandis que les engrenages non circulaires créent des rapports de vitesse et de couple variables.

Pour maintenir une vitesse et un couple constants, une forme précise du profil des engrenages est essentielle. Quand le petit équipement, ou pignon, pilote le système, il réduit la vitesse et augmente le couple.

Inversement, si le pignon est sur l'arbre mené, la vitesse augmente tandis que le couple diminue.

Les arbres retenant les engrenages doivent être correctement espacés et peuvent être disposés en parallèle, non-parallel, sécante, ou configurations sans intersection. Ces arbres fonctionnent comme des leviers pour transmettre la rotation et l'énergie entre les engrenages..

Les principaux résultats des systèmes d'engrenages comprennent:

• Augmenter la vitesse: Dans une paire d'engrenages où l'on a 40 les dents et l'autre 20, le plus petit engrenage tourne deux fois plus vite pour maintenir la synchronisation, ce qui entraîne une vitesse plus élevée mais un couple réduit.
• Augmenter la force: Un engrenage plus petit avec moins de dents réduit la vitesse mais augmente la force, nécessitant plus de couple pour tourner.
• Changer de direction: Quand deux engrenages s'engrènent, ils tournent dans des directions opposées. Des engrenages spécialisés sont utilisés pour changer efficacement le sens de rotation ou les angles..

5. Quelle est la conception des engrenages?

Les applications industrielles utilisent une variété d'engrenages, chacun conçu à des fins spécifiques. Les principales caractéristiques qui varient entre ces engins comprennent:

• Forme d'engrenage
• Conception et configuration des dents
• Configuration des axes d'engrenage

Forme d'engrenage

Les engrenages peuvent être cylindriques (éperon, hélicoïdal) ou conique (biseau) en fonction de leur application. La forme influence la façon dont les engrenages s'engrènent, la quantité de force qu'ils peuvent gérer, et combien de bruit ils génèrent.

Engrenages droits, par exemple, sont bruyants à grande vitesse, tandis que les engrenages hélicoïdaux offrent des performances plus silencieuses et plus douces grâce aux dents inclinées.

Conception et configuration des dents

Les engrenages peuvent avoir différents profils de dents, chacun adapté à des tâches spécifiques. Dents droites (engrenages droits) fonctionne bien pour simple, applications à faible vitesse, tandis que les dents hélicoïdales ou en spirale (hélicoïdal, engrenages coniques) garantir un engagement plus fluide et une plus grande efficacité à des vitesses plus élevées.

Configuration des axes d'engrenage

• Parallèle: Dans des configurations parallèles, les arbres sont alignés sur le même plan, et les engrenages menant et mené tournent dans des directions opposées. Cette configuration offre généralement une grande efficacité dans le transfert de mouvement. Les exemples incluent les engrenages hélicoïdaux et les systèmes à crémaillère et pignon..
• Sécante: Pour les configurations croisées, les arbres se croisent en un point dans le même plan, offrant une efficacité de transmission élevée similaire aux configurations parallèles. Les engrenages coniques sont un excellent exemple de ce type.
• Non parallèle et sans intersection: Dans les configurations où les arbres ne sont ni parallèles ni sécants, ce qui signifie qu'ils ne sont ni alignés ni sur le même plan, l'efficacité de la transmission a tendance à être inférieure. Les engrenages à vis sans fin illustrent cette catégorie.

6. Quels matériaux sont utilisés dans les engrenages?

Le matériau utilisé pour fabriquer les engrenages a un impact significatif sur leurs performances, durabilité, et adéquation à des applications spécifiques. Différents matériaux offrent différents degrés de résistance, résistance à l'usure, et résistance à la corrosion.

Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des matériaux les plus couramment utilisés dans la production d'engrenages.:

Acier laminé

L'acier laminé est couramment utilisé pour les engrenages en raison de sa haute résistance et de sa ténacité.. Il est produit par laminage de l'acier à chaud ou à froid à travers une série de rouleaux, affiner sa structure et améliorer ses propriétés mécaniques.

Les engrenages en acier laminé sont souvent utilisés dans les applications lourdes, tels que les transmissions automobiles et les machines industrielles, où la durabilité et la résistance aux chocs sont cruciales.

Acier laminé à froid

L'acier laminé à froid subit un processus au cours duquel l'acier est refroidi après le laminage., ce qui améliore sa résistance et sa finition de surface. Ce procédé offre une meilleure précision dimensionnelle et une finition plus lisse que l'acier laminé à chaud.

Les engrenages en acier laminé à froid sont souvent utilisés dans les équipements de précision qui nécessitent des tolérances strictes., comme les horloges et les beaux instruments, ainsi que les applications automobiles et industrielles.

Alliages d’acier à outils

Les alliages d'acier à outils sont connus pour leur dureté, résistance à l'usure, et capacité à résister à des températures élevées. Ils sont idéaux pour fabriquer des engrenages soumis à des charges et des impacts extrêmes..

Ces alliages contiennent généralement des niveaux élevés de carbone, chrome, et d'autres éléments comme le vanadium ou le tungstène, qui améliorent leur résistance et leur durabilité. Les engrenages en acier à outils sont utilisés dans des applications telles que les outils de coupe et les machines industrielles..

Alliages de fer

Alliages de fer, y compris la fonte et la fonte ductile, sont largement utilisés dans la fabrication d’engrenages. Les engrenages en fonte offrent une bonne résistance à l'usure, amortissement des vibrations, et usinabilité, ce qui les rend adaptés aux grands, engrenages à basse vitesse utilisés dans des applications telles que les systèmes de convoyeurs et les machines lourdes.

La fonte ductile offre une meilleure ténacité que la fonte, offrant un équilibre entre solidité et résistance aux chocs.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable est privilégié pour les engrenages qui nécessitent une résistance élevée à la corrosion et une durabilité élevée.. Il contient du chrome, qui forme une couche d'oxyde protectrice sur la surface, prévenir la rouille et la corrosion.

Les engrenages en acier inoxydable sont souvent utilisés dans les équipements de transformation des aliments, applications marines, et les environnements où de l'humidité ou des produits chimiques sont présents.

Alliages de cuivre

Alliages de cuivre, comme le laiton et le bronze, sont utilisés dans les engrenages à faible friction, résistance à la corrosion, et la facilité d'usinage sont essentielles.

Ces engrenages se trouvent généralement dans des applications nécessitant un fonctionnement plus silencieux et moins d'usure., comme les engrenages à vis sans fin, roulements, et des bagues.

Les alliages de cuivre sont également appréciés pour leur conductivité électrique, ce qui les rend adaptés à certains appareils électriques spécialisés.

Alliages d'aluminium

Alliages d'aluminium sont légers et résistants à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux engrenages utilisés à faible charge, applications à grande vitesse.

Les engrenages en aluminium sont courants dans l'aérospatiale, robotique, et l'industrie automobile, où la réduction du poids est une priorité.

Bien qu'il ne soit pas aussi résistant que l'acier, les alliages d'aluminium peuvent être traités ou revêtus pour améliorer leur résistance et leur résistance à l'usure.

Engrenages en plastique

Les engrenages en plastique sont légers, résistant à la corrosion, et offre une douceur, fonctionnement silencieux.

Généralement fabriqué à partir de matériaux comme le nylon, acétal, ou polycarbonate, les engrenages en plastique sont souvent utilisés dans des applications nécessitant un faible bruit et un faible frottement, comme les imprimantes, appareils électroménagers, et petites machines.

Bien qu'ils ne puissent pas supporter autant de charge que les engrenages métalliques, les engrenages en plastique sont idéaux pour les, des solutions rentables.

7. Types d'engrenages

Les engrenages sont classés selon la forme de leurs dents, configuration de l'arbre, et un objectif spécifique. Comprendre les différents types d'engrenages est essentiel pour sélectionner l'engrenage approprié afin de garantir une transmission efficace de la force dans les conceptions mécaniques..

Basé sur la forme des dents

1. Engrenages droits

• • Engrenages droits externes: Le type d'équipement le plus courant, avec des dents droites parallèles à l’axe de l’engrenage. Ces engrenages sont utilisés pour transmettre la puissance entre des arbres parallèles et sont connus pour leur efficacité et leur simplicité..
  • Engrenages droits internes: Similaire aux engrenages droits externes, les dents sont taillées sur la surface intérieure d'une couronne dentée. Ils sont utilisés dans des applications où un gain de place est nécessaire, tels que les systèmes à engrenages planétaires.

2. Engrenages hélicoïdaux

• • Hélicoïdal simple: Ces engrenages ont des dents inclinées, qui offrent un fonctionnement plus fluide et plus silencieux que les engrenages droits. L'angle des dents permet un engagement progressif, réduire le bruit et le stress pendant le fonctionnement.
  • Double hélice: Également connu sous le nom d'engrenages à chevrons., ceux-ci ont deux séries de dents hélicoïdales opposées. La conception annule la poussée axiale, ce qui les rend adaptés aux machines lourdes avec des charges élevées.
  • Engrenages à vis: Similaire aux engrenages hélicoïdaux, ils sont utilisés dans les applications où des arbres non parallèles sont nécessaires. Ils sont conçus pour transmettre le couple entre deux arbres non sécants.

3. Engrenages coniques

• • Engrenages droits: Les engrenages coniques à dents droites sont utilisés pour transmettre le mouvement entre les arbres qui se croisent., généralement à un angle de 90 degrés. Ils sont efficaces mais peuvent être bruyants sous charge.
  • Engrenages en spirale: Ceux-ci ont des dents courbées, qui offrent un fonctionnement plus fluide et une capacité de charge plus élevée que les engrenages coniques droits. Ils sont idéaux pour les applications à grande vitesse.
  • Engrenages à onglet: Un type d'engrenage conique où le rapport de démultiplication est 1:1, couramment utilisé dans les applications nécessitant une vitesse égale mais un changement de direction.
  • Engrenages hypoïdes: Ces engrenages ont des axes décalés, permettant une transmission de couple plus élevée et un fonctionnement plus silencieux. On les trouve couramment dans les différentiels automobiles.
  • Engrenages zérol: Un hybride entre les engrenages coniques droits et hélicoïdaux, offrant un compromis entre douceur de fonctionnement et facilité de fabrication.
  • Engrenages coniques à couronne: Un engrenage conique dont les dents sont perpendiculaires à la face de l'engrenage, offrant des configurations angulaires uniques.

4. Engrenages à chevrons
   Les engrenages à chevrons ont une denture en forme de « V » et sont connus pour leur capacité à supporter de lourdes charges sans produire de poussée axiale significative.. Ces engrenages sont souvent utilisés dans les grandes machines industrielles et les navires.

1. 4. Engrenages à crémaillère et pignon
      Un système d'engrenage linéaire où le pignon (engrenage circulaire) engrène avec un engrenage linéaire (étagère) convertir un mouvement de rotation en mouvement linéaire, est largement utilisé dans les systèmes de direction et les chemins de fer.

4. Engrenages à vis sans fin
   Les engrenages à vis sans fin sont constitués d'une vis sans fin (engrenage en forme de vis) et une roue à vis sans fin. Ils offrent une réduction élevée du couple dans les espaces compacts et sont utilisés dans les systèmes de convoyeurs et les ascenseurs..

   

Types spéciaux d'engrenages

1. Engrenages internes
   Les engrenages internes ont des dents taillées à l'intérieur d'une bague circulaire. Ils sont souvent associés à des engrenages droits externes dans les systèmes d'engrenages planétaires pour obtenir un couple élevé et une efficacité spatiale.
2. Engrenages différentiels
   Utilisé principalement dans les systèmes automobiles, les engrenages différentiels permettent aux roues de tourner à différentes vitesses tout en maintenant la répartition du couple, indispensable pour prendre des virages en douceur.
3. Engrenages planétaires
   Les engrenages planétaires sont constitués d'un engrenage solaire central, engrenages planétaires, et un anneau extérieur (engrenage interne). Cette conception offre une densité de couple élevée et est largement utilisée dans les transmissions automatiques et les équipements industriels..

   

4. Pignons
   Les pignons sont utilisés dans les entraînements par chaîne, avec des dents conçues pour s'engager dans une chaîne ou une courroie. On les trouve couramment dans les vélos, motos, et systèmes de convoyeurs.
5. Engrenages cannelés
   Ces engrenages comportent des rainures ou des dents sur toute leur longueur et sont utilisés dans les accouplements mécaniques., permettant la transmission du couple tout en permettant un certain mouvement le long de l'axe.
6. Engrenages en nylon
   Les engrenages en nylon sont légers et résistants à la corrosion, offrant une douceur, fonctionnement silencieux. Ils sont couramment utilisés dans les petits, applications à faible consommation comme les imprimantes et les appareils électroménagers.

   

7. Engrenages arrière
   Trouvé dans les différentiels automobiles, les engrenages arrière gèrent une transmission de couple élevé et sont essentiels pour garantir une vitesse de roue appropriée pendant les virages du véhicule.
8. Petits engrenages
   Les petits engrenages sont utilisés dans les applications où une taille compacte et un contrôle de mouvement précis sont requis, comme dans les montres, instruments, et petites machines.

8. Considérations relatives à la conception des engrenages

Plusieurs facteurs influencent la conception des engrenages, s'assurer que l'équipement sélectionné répond aux performances, coût, et exigences de durabilité:

• Budget: Des matériaux performants, comme l'acier inoxydable et l'acier à outils, sont plus chers que les métaux de base comme la fonte.
• Restrictions d'espace: Les applications compactes utilisent souvent des engrenages planétaires, qui offrent une transmission de couple élevée dans un faible encombrement.
• Besoins de transmission: Les applications à grande vitesse peuvent privilégier les engrenages hélicoïdaux ou coniques pour des performances fluides, à basse vitesse, les tâches à couple élevé utilisent souvent des engrenages à vis sans fin ou droits.
• Conditions de service: Environnements difficiles, comme ceux impliquant de l'humidité ou des produits chimiques, peut nécessiter des matériaux résistants à la corrosion tels que l'acier inoxydable ou le nylon.

9. Applications des engrenages

Les engrenages sont utilisés dans de nombreuses industries pour contrôler la vitesse, couple, et la direction du mouvement. Les applications clés incluent:

• Systèmes de direction automobile: Les engrenages à crémaillère convertissent le mouvement de rotation en mouvement linéaire, permettant un contrôle précis de la direction.
• Boîtes de vitesses: Trouvé dans les voitures, machines industrielles, et éoliennes, les boîtes de vitesses ajustent la vitesse et le couple.
• Aérospatial: Les engrenages sont utilisés dans les systèmes de commandes de vol et les moteurs pour un, transmission de puissance efficace.
• Machines agricoles: Les tracteurs et les moissonneuses-batteuses utilisent des engrenages pour gérer la puissance du moteur et les outils d'entraînement..

Un tableau pour chaque type d'application d'engrenage