Différence entre l'engrenage conique droit et l'engrenage conique en spirale

La machine peut être définie comme un groupe de mécanismes capables d'effectuer certaines tâches en augmentant l'énergie. De tels mécanismes sont entraînés par une puissance mécanique, qui provient du couple de rotation. Un moteur principal (tel qu'un moteur électrique, une turbine, etc.) fournit généralement de l'énergie mécanique et celle-ci est ensuite transmise à l'unité de la machine à l'aide d'entraînements mécaniques. Il existe quatre entraînements mécaniques, à savoir l'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble. L'entraînement par engrenages transmet le mouvement et la puissance de l'arbre d'entraînement à l'arbre mené au moyen de l'engagement des dents. Il s'agit d'un entraînement rigide du fait de l'absence de tout élément flexible intermédiaire. Il peut transmettre une puissance légère à forte sans aucun glissement (entraînement positif). La base est préférée pour la transmission de puissance sur de petites distances.

Il existe quatre types d'engrenages de base :l'engrenage droit, l'engrenage hélicoïdal, l'engrenage conique et l'engrenage à vis sans fin. Les engrenages droits et hélicoïdaux sont utilisés pour les arbres parallèles ; cependant, l'engrenage droit a des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage; tandis que l'engrenage hélicoïdal a des dents de forme hélicoïdale qui sont coupées sur le cylindre primitif. Cette forme hélicoïdale de dents offre certains avantages tels qu'une reprise progressive de la charge sur la dent, moins de vibrations, moins de bruit, moins d'usure, etc. Une paire d'engrenages coniques peut être appliquée pour transmettre le mouvement et la puissance entre les arbres qui se croisent (généralement perpendiculaires); tandis que la disposition des engrenages à vis sans fin est applicable aux arbres non parallèles et non sécants. Il existe différents types d'engrenages coniques, tels que les engrenages coniques droits, les engrenages coniques obliques, les engrenages à face, les engrenages en spirale, les engrenages hypoïdes, les engrenages à couronne, les engrenages zérol, etc. Chacun d'eux a des caractéristiques différentes et convient à un type particulier d'applications.

Les dents de l'engrenage conique peuvent avoir un profil droit ou en spirale; cependant, les deux ne s'appliquent qu'aux arbres qui se croisent. Comme son nom l'indique, dans engrenage conique à dents droites , les dents sont droites comme un engrenage droit mais sont coupées le long de l'axe de l'engrenage en maintenant une inclinaison. En raison du contact soudain entre les dents de deux engrenages correspondants, la dent subit une charge d'impact. Il en résulte des vibrations et du bruit. L'engrenage conique de face et l'engrenage conique oblique ont également des dents droites. Engrenages hélicoïdaux à dents en spirale offrent des avantages similaires par rapport aux engrenages coniques à dents droites que les engrenages hélicoïdaux offrent par rapport aux engrenages droits. Ici, les dents ont un profil en spirale et entrent donc progressivement en contact lors de l'accouplement. Ainsi, il offre un fonctionnement fluide, sans vibration et silencieux. Cependant, il exerce une charge de poussée élevée sur les roulements. Les engrenages hypoïdes ont également des dents en spirale. Les différentes différences entre les engrenages coniques droits et les engrenages coniques hélicoïdaux sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différences entre l'engrenage conique droit et l'engrenage conique hélicoïdal

Orientation des dents : Les engrenages coniques peuvent avoir des dents droites ou en spirale. Lorsque les dents d'un engrenage conique sont droites mais inclinées de telle manière qu'elles convergent vers un point culminant commun, cet engrenage est appelé engrenage conique droit. Deux de ces engrenages doivent être montés uniquement sur des arbres qui se croisent. Une variante d'engrenage conique droit, appelée engrenage conique oblique, peut être utilisée pour des arbres non parallèles et non sécants. D'autre part, lorsque les dents sont taillées en spirale sur l'ébauche conique de l'engrenage de telle manière que les courbes en spirale convergent en un seul point de sommet, on parle alors d'engrenage conique en spirale. Une paire d'engrenages coniques en spirale d'accouplement doit être montée sur des arbres qui se croisent ; alternativement, un engrenage hypoïde (a également des dents en spirale) peut être utilisé pour des arbres non parallèles et non sécants.

Scénario de contact : L'entraînement par engrenage est un type d'entraînement à engagement rigide qui indique que les dents de deux engrenages correspondants entrent en contact direct pour transmettre le mouvement et la puissance d'un arbre à l'autre. Quel que soit le type d'engrenage, les dents parallèles à l'axe de l'engrenage entrent en contact soudain. Cela se produit dans le cas d'engrenages droits ainsi que d'engrenages coniques droits. Ici, le contact est toujours une ligne de longueur égale à la largeur de face des dents. D'autre part, les dents de deux engrenages coniques en spirale qui s'accouplent entrent progressivement en contact, comme cela se produit dans les engrenages hélicoïdaux. Ici, l'engagement commence avec un point et devient progressivement une ligne et se désengage finalement en tant que point.

Charge d'impact et ses conséquences : En raison d'un contact soudain, les dents des engrenages coniques droits subissent des chocs ou des chocs. Il en résulte également un bruit et des vibrations considérables. Cette vibration impose parfois une limite à la vitesse maximale de fonctionnement et également à la capacité de transmission de puissance. En revanche, les dents des engrenages coniques hélicoïdaux subissent un chargement progressif, ce qui est beaucoup moins délétère. Leur fonctionnement est ainsi fluide et silencieux, même à grande vitesse.

Comparaison des coûts : La fabrication compliquée entraîne un prix élevé pour les engrenages coniques en spirale. Pour le même matériau, la même taille et la même tolérance, les engrenages hélicoïdaux sont 1,2 à 1,5 fois plus coûteux que les engrenages coniques droits. La différence de coût augmente lorsque la taille de l'engrenage est petite en raison de la difficulté de fabrication. Des exigences de finition élevées peuvent également entraîner une différence de prix plus importante.

Force de poussée : Deux engrenages conjugués exercent toujours une force sur les roulements qui montent les arbres. En fonction de l'orientation des dents, cette force peut être soit radiale, soit axiale, soit les deux. Par exemple, les dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage (comme dans l'engrenage droit) ne produisent qu'une charge radiale ; tandis que les dents hélicoïdales (comme dans les engrenages hélicoïdaux) produisent les deux types de force. Les engrenages coniques droits ainsi que les engrenages coniques en spirale produisent à la fois une charge radiale et axiale ; cependant, la charge axiale (axiale) dans les engrenages coniques hélicoïdaux est comparativement plus élevée car elle provient de deux sources.

Une comparaison scientifique entre les engrenages hélicoïdaux parallèles et les engrenages hélicoïdaux croisés est présentée dans cet article. L'auteur vous suggère également de parcourir les références suivantes pour une meilleure compréhension du sujet.

1. Design of Machine Elements par V. B. Bhandari (quatrième édition ; McGraw Hill Education).
2. Machine Design par R. L. Norton (cinquième édition ; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design par R. S. Khurmi et J. K. Gupta (S. Chand ; 2014).