Les engrenages sont essentiels dans de nombreux systèmes mécaniques car ils constituent le principal moyen de transmission du couple et de réglage de la vitesse de rotation. Ces mécanismes sont au cœur d'appareils tels que les montres simples et les transmissions automobiles modernes.
Le but de ce guide est de discuter des différents types d’engrenages. Différentes conceptions d'engrenages ont des applications et des avantages uniques adaptés à des exigences et des défis mécaniques spécifiques. De la simplicité des engrenages droits aux directions complexes des engrenages hélicoïdaux, les subtilités et spécifications techniques de chaque classification seront largement examinées.
Engrenages cylindriques
Il s’agit du type d’engrenages le plus simple et le plus couramment utilisé pour transmettre un mouvement de rotation entre des arbres parallèles. Ils ont des dents cylindriques positionnées parallèlement à l’axe de l’arbre. Les dents de ces engrenages apparaissent uniformément espacées sur leur circonférence avec un profil de dent généralement en forme de développante.
Caractéristiques des engrenages droits
1. Forme cylindrique
2. Dents parallèles à l'axe de l'arbre
3. Profil de dent en développante (couramment utilisé)
4. Fonctionnement avec des arbres parallèles
5. Le mouvement peut être transmis dans les deux sens
Applications des engrenages droits
En raison de leur simplicité, de leur rentabilité et de leur capacité à transmettre le mouvement entre des axes parallèles, les engrenages droits sont largement utilisés dans un large éventail de systèmes mécaniques et d'industries, notamment :
- Transmissions et différentiels automobiles
- Machines industrielles (systèmes de convoyeurs, presses à imprimer, etc.)
- Horloges et appareils de chronométrage
- Robotique et systèmes d'automatisation
- Appareils électroménagers (machines à laver, mixeurs, etc.)
- Machines-outils (tours, fraiseuses, etc.)
- Applications aérospatiales (actionneurs d'avions, systèmes de contrôle, etc.)
Avantages et inconvénients
Avantages :
Une conception et une construction simples
Pas cher à produire
Très haute efficacité de transmission au sein d’arbres parallèles
Sur la base de différentes tailles et matériaux disponibles
Peut transmettre un mouvement dans les deux sens.
Inconvénients :
Limité à la transmission du mouvement entre des arbres parallèles.
Cela génère également beaucoup de bruit et de vibrations surtout à grande vitesse.
Un alignement précis des arbres est nécessaire.
Comparé à d’autres types d’engrenages, sa capacité de charge est limitée.
À des vitesses ou des charges élevées, ils s'usent et subissent des interférences dentaires.
Engrenages hélicoïdaux
Contrairement aux engrenages droits qui ont des dents parallèles à leur axe de rotation, les engrenages hélicoïdaux ont des dents taillées en angle ou en hélice le long de la face de l'engrenage, de sorte qu'ils forment un motif en spirale autour de leur corps contrairement à ceux à engrenages droits.
Les principales caractéristiques des engrenages hélicoïdaux comprennent :
- Dents coudées ou hélicoïdales.
- Les dents forment un motif en spirale le long de la face de l'engrenage.
- Peut fonctionner avec des arbres parallèles ou croisés.
- Fonctionnement fluide et silencieux par rapport aux engrenages droits.
Avantages par rapport aux engrenages droits
Par rapport aux engrenages droits traditionnels, les engrenages hélicoïdaux offrent plusieurs avantages, notamment :
1. Fonctionnement plus fluide et plus silencieux : l'interaction progressive des dents inclinées peut être observée dans des performances plus douces et plus silencieuses que lorsque les dents à engrenages droits s'emboîtent soudainement, comme le feraient des appariements à engrenages droits.
2. Capacité de charge plus élevée : une grande zone de contact est obtenue grâce aux dents inclinées, augmentant ainsi la capacité de charge des systèmes d'engrenages hélicoïdaux.
3. Capacité de poussée axiale : ils sont capables de supporter des charges de poussée axiale, ce qui signifie qu'ils peuvent être utilisés là où des forces axiales s'exercent (Csmie et al., 2016).
4. Capacité d'arbre croisé : il peut transférer de la puissance entre des arbres non parallèles, ce qui le rend applicable dans divers domaines.
5. Efficacité plus élevée : en effet, contrairement aux engrenages droits qui s'engrènent brusquement les uns avec les autres, les engrenages hélicoïdaux subissent un engagement progressif de leurs dents, ce qui conduit à une efficacité de transmission de puissance plus élevée.
Utilisations courantes des engrenages hélicoïdaux
- Transmissions et différentiels automobiles
- Machines industrielles (convoyeurs, compresseurs, pompes, etc.)
- Équipements lourds (engins de construction, équipements miniers, etc.)
- Systèmes de transmission de puissance
- Applications aérospatiales (transmissions d'avions, actionneurs, etc.)
- Systèmes de propulsion marine
- Laminoirs et équipements de traitement de l'acier
Engrenages coniques
Ces types d'engrenages sont utilisés pour transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres qui se croisent selon un angle, communément appelé 90 degrés. Ces derniers ont une forme conique avec des dents taillées obliquement vers l'axe de rotation.
Types d'engrenages coniques
Deux types clés sont présents pour les engrenages coniques comme ci-dessous :
Engrenages coniques droits : ils possèdent des dents droites qui leur confèrent une forme conique, leur permettant ainsi de transmettre le mouvement entre deux arbres se croisant à angle droit.
Engrenages coniques à denture spirale : ceux-ci possèdent des dents incurvées enroulées en spirale autour d’un cône et ont été conçus de cette manière afin de fonctionner plus silencieusement que les engrenages à denture spirale droite, tout en étant capables de fonctionner à des vitesses et des charges plus élevées sans risque de dommage ou d’usure.
Application
1.Industrie automobile – Systèmes différentiels, mécanismes de direction, transmissions
2. Industrie aérospatiale – Systèmes de trains d’atterrissage d’avions, transmissions d’hélicoptères, etc.
3. Machines industrielles - Systèmes de convoyeurs, presses à imprimer, autres équipements industriels
4.Applications marines – Systèmes de propulsion des navires, mécanismes de gouvernail, entre autres
5. Matériel minier et de construction comme les excavatrices, les grues, etc.
6. Systèmes de transmission de puissance - Boîtes de vitesses, réducteurs de vitesse, diverses applications de transmission de puissance
Autres types d'engrenages
Engrenages à crémaillère et pignon
Un système d'engrenage à crémaillère et pignon est un type d'actionneur linéaire qui convertit le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Il comprend un pignon rond qui engrène avec une barre linéaire sur laquelle est taillée un assortiment de dents.
Lors de la rotation, le pignon entre en contact avec les dents de la crémaillère, provoquant ainsi le déplacement de la crémaillère dans une direction. A l’inverse, le mouvement de la crémaillère entraînera la rotation d’un pignon.
Certaines utilisations courantes des engrenages à crémaillère et pignon comprennent :
- Systèmes de direction dans les automobiles
- Actionneurs utilisés dans les machines industrielles
- Mécanismes de levage et systèmes de positionnement
- Portails et portes coulissantes
Engrenages internes
Les engrenages internes sont des types d’engrenages dont les dents sont taillées à l’intérieur d’une ébauche circulaire plutôt qu’à l’extérieur. Ceux-ci sont principalement utilisés avec un engrenage externe dont les dents s'engrènent avec les dents internes de l'engrenage interne.
Dans les systèmes à engrenages planétaires, les engrenages internes servent souvent de soleil central autour duquel plusieurs engrenages planétaires s'engagent les uns avec les autres ainsi que comme une bague extérieure.
Par exemple:
1. Transmissions automobiles (engrenages planétaires)
2. Engrenages différentiels
3.Réducteurs de vitesse ou boîtes de vitesses
4.Robotique et systèmes d'automatisation
Engrenages non circulaires
Les engrenages non circulaires sont ceux qui n’ont pas de formes circulaires comme leur nom l’indique. Ils possèdent des profils spécialement conçus qui leur permettent d'avoir des modèles de mouvement spécifiques ou des rapports variables entre différentes pièces.
Ceux-ci peuvent inclure:
1.Engrenages elliptiques : Ici, il existe un rapport variable et un mouvement oscillant car ces engrenages elliptiques de forme non circulaire traversent cette phase tout en transmettant la puissance d'un point à un autre.
2. Engrenages hypocycloïdaux : ce type possède également un profil de dent unique qui permet un contrôle précis du mouvement ainsi que des rapports de démultiplication variables.
3.Engrenages ovales : comme dans l'exemple précédent, les engrenages ovales ont une forme ovale qui conduit à un mouvement oscillant et à des rapports de démultiplication variables.
Les engrenages non circulaires sont utilisés dans des contextes où des modèles de mouvement spécifiques ou des rapports de démultiplication variables sont nécessaires, par exemple :
1.Systèmes à cames mécaniques
2.Mécanismes d’indexation
3.Robotique et systèmes d'automatisation
4. Machines spécialisées avec des exigences précises en matière de contrôle de mouvement.
Matériaux et fabrication d'engrenages
Matériel Requis
Les engrenages sont généralement fabriqués à partir de matériaux pouvant supporter des niveaux élevés de contrainte et d’usure. Les matériaux d'engrenages couramment utilisés peuvent inclure :
- Acier : matériau le plus courant en raison de sa haute résistance, de sa durabilité et de sa capacité à être traité thermiquement pour des propriétés améliorées.
- Acier au carbone : peu coûteux et adapté aux applications à résistance modérée.
- Acier allié : Propriétés améliorées grâce à l’ajout d’éléments comme le chrome, le nickel et le molybdène.
- Acier inoxydable : Excellente résistance à la corrosion, adapté aux environnements où la rouille est un problème.
- Fonte : utilisée pour les engrenages de grande taille et robustes où une résistance élevée à l'usure et un faible coût sont importants.
- Bronze : bonne résistance à l'usure et faible frottement, souvent utilisé dans les engrenages à vis sans fin et les engrenages dans les applications à charge élevée et à faible vitesse
Processus de manufacture
Moulage - Convient aux engrenages de grande taille ou aux petits volumes de production, notamment avec la fonte ou le bronze comme matériaux.
Le forgeage – Cette méthode brutale permet de façonner les métaux en pièces robustes, principalement utilisée pour les engrenages en acier.
Usinage – Il englobe les procédés de coupe, notamment le meulage, pour obtenir avec précision la forme souhaitée de l'ébauche d'engrenage.
Le taillage par fraise-mère – la méthode la plus courante pour tailler les dents d'engrenage.
Fraisage – Ce procédé est utilisé dans la fabrication des dents d'engrenage et d'autres profils, entre autres.
Rectification – Ce procédé est utilisé pour garantir la précision des engrenages et un état de surface lisse, notamment sur les engrenages trempés.
Métallurgie des poudres – ce procédé consiste à compacter des poudres métalliques en forme d'engrenage, puis à les fritter ; convient à la production en grande série d'engrenages de petite et moyenne taille.
Moulage par injection – ce procédé consiste à injecter du plastique fondu dans un moule pour fabriquer un engrenage en plastique.
Conclusion
L'article explique différents types d'engrenages tels que les engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux, les engrenages coniques et les engrenages à vis sans fin, en donnant des descriptions détaillées de leurs conceptions, applications et avantages uniques. EASIAHOME dispose d'experts en fabrication d'engrenages qui peuvent vous aider à surmonter les difficultés liées à la fabrication d'engrenages.
