Différence entre l'engrenage hélicoïdal parallèle et l'engrenage hélicoïdal croisé

Les entraînements mécaniques sont utilisés pour transmettre le mouvement, le couple et la puissance d'un arbre d'entraînement à un arbre entraîné. L'arbre d'entraînement, dans la majorité des cas, fait partie du moteur principal (tel qu'un moteur électrique, une turbine hydraulique, une turbine à vapeur, etc.); tandis que l'arbre entraîné fait partie de l'unité de la machine. Il existe quatre entraînements mécaniques de base, à savoir l'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble. Un entraînement par engrenage est un entraînement rigide de type à engagement où le mouvement et la puissance sont transmis au moyen d'engagements et de désengagements successifs des dents de deux engrenages correspondants. Il est intrinsèquement exempt de glissement et fournit un rapport de vitesse constant (entraînement positif). Il peut être utilisé pour des applications légères (telles que des jouets, des montres, etc.) ainsi que pour des applications lourdes (telles que des boîtes de vitesses de machines, des entraînements marins, etc.).

Les arbres menant et entraîné peuvent avoir trois orientations mutuelles, à savoir (i) des arbres parallèles, (ii) des arbres sécants et (iii) des arbres non parallèles non sécants. Il existe quatre types d'engrenages de base et un engrenage approprié doit être sélectionné en fonction de l'orientation mutuelle des arbres menant et entraîné. L'engrenage droit et l'engrenage hélicoïdal sont applicables aux arbres parallèles. L'engrenage conique peut être appliqué pour deux arbres qui se croisent, qui ne sont pas nécessairement perpendiculaires. Un engrenage à vis sans fin est utilisé pour la troisième catégorie (arbres non parallèles non sécants). Contrairement aux engrenages droits qui ont des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage, les engrenages hélicoïdaux ont des dents de forme hélicoïdale qui sont taillées sur le cylindre primitif. Bien que les engrenages hélicoïdaux soient couramment utilisés pour les arbres parallèles comme les engrenages droits, ils peuvent également être utilisés pour les arbres perpendiculaires mais non sécants.

En conséquence, il existe deux types d'engrenages hélicoïdaux - parallèles et croisés. Engrenages hélicoïdaux parallèles , le plus commun, est utilisé pour la transmission de puissance entre les arbres parallèles. Deux engrenages hélicoïdaux parallèles accouplés doivent avoir le même module, le même angle de pression mais le sens opposé de l'hélice. Ils offrent un fonctionnement silencieux et sans vibration et peuvent transmettre de lourdes charges. D'autre part, les engrenages hélicoïdaux croisés sont utilisés pour les arbres non sécants mais perpendiculaires. Deux engrenages hélicoïdaux croisés croisés (également appelés engrenages à vis) doivent avoir le même module, le même angle de pression et le même sens ou le sens opposé de l'hélice. Ce type d'engrenage a une application similaire à l'engrenage à vis sans fin; cependant, l'engrenage à vis sans fin est préféré pour une réduction de vitesse abrupte (1:15 à 1:100), tandis que les engrenages hélicoïdaux croisés ne peuvent pas fournir une réduction de vitesse au-delà de 1:2. Les différentes différences entre les engrenages hélicoïdaux parallèles et les engrenages hélicoïdaux croisés sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différences entre l'engrenage hélicoïdal parallèle et l'engrenage hélicoïdal croisé

Transmission de puissance et orientation des arbres : À l'exception de la courroie quart de tour, l'entraînement par engrenage n'est qu'un entraînement mécanique qui peut être avantageusement utilisé pour transmettre la puissance et le mouvement sous n'importe quel angle dans n'importe quel plan. Différents types d'engrenages sont préférés pour différentes orientations des arbres d'entraînement et menés. Semblables aux engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux parallèles peuvent transmettre le mouvement et la puissance entre les arbres parallèles uniquement. Par conséquent, ils doivent être montés sur des arbres parallèles avec un alignement localisé et angulaire correct. D'autre part, les engrenages hélicoïdaux croisés ou les engrenages à vis peuvent transmettre le mouvement et la puissance entre des arbres perpendiculaires et doivent donc être montés sur des arbres perpendiculaires mais non sécants.

Main d'hélice : Indépendamment de la disposition parallèle ou croisée, deux engrenages hélicoïdaux correspondants doivent avoir le même module, le même angle de pression et le même angle d'hélice. Le diamètre du cercle primitif de deux engrenages correspondants doit également se toucher en un seul point. Maintenant, si les engrenages hélicoïdaux correspondants ont une disposition parallèle, alors un engrenage doit avoir une hélice à droite et l'autre engrenage doit obligatoirement avoir une hélice à gauche. Ainsi, deux engrenages hélicoïdaux parallèles doivent avoir un sens d'hélice opposé. Cependant, en cas d'agencement croisé, un engrenage hélicoïdal avec une hélice à droite peut s'accoupler avec un autre engrenage hélicoïdal ayant une hélice à gauche ou à droite. Ainsi, deux engrenages hélicoïdaux croisés peuvent avoir le même sens d'hélice ou un sens opposé.

Contact entre les dents : En fonction du profil des dents et de l'orientation des engrenages, le contact entre les dents de deux engrenages correspondants se produit de plusieurs manières. Par exemple, les dents de deux engrenages droits entrent en contact soudain et leur longueur de contact reste toujours une ligne de longueur égale à la largeur de face des dents. Un tel contact soudain est remplacé par un contact progressif en engrenage hélicoïdal. Dans le cas d'engrenages hélicoïdaux parallèles, l'accouplement de deux dents commence avec un point et devient progressivement une ligne, puis ils se désengagent en un point. Cependant, dans le cas d'engrenages hélicoïdaux croisés, le contact entre deux dents reste toujours un seul point. Au début de l'engagement, ce point se situe à une extrémité de la face des dents et progressivement le point de contact se déplace sur la face. Au désengagement, le point de contact se trouve à l'autre extrémité de la face des dents.

Capacité de transmission de puissance : Le but fondamental de chaque entraînement mécanique est de transmettre la puissance de l'arbre moteur à l'arbre entraîné. Étant un entraînement rigide de type engagement, l'entraînement par engrenage a la capacité de transmission maximale parmi tous les entraînements mécaniques. Cependant, différents types d'entraînement par engrenages offrent un niveau variable de capacité de transmission de puissance. Une paire d'engrenages hélicoïdaux parallèles peut transmettre une puissance comparativement plus élevée par rapport à un engrenage droit de taille similaire du même matériau. En fonction de la taille et du matériau, les engrenages hélicoïdaux parallèles peuvent transmettre de seulement quelques watts à quelques mégawatts de puissance. En revanche, les engrenages hélicoïdaux croisés sont privilégiés pour les petites transmissions de puissance, généralement limitées à 100kW.

Domaines d'application : En raison de la capacité de transmission de puissance élevée, les engrenages hélicoïdaux parallèles sont avantageusement utilisés dans de nombreux domaines. Il peut être utilisé avec succès pour les applications à faible vitesse ainsi qu'à grande vitesse. Les domaines d'application typiques incluent la boîte de vitesses de la machine, l'automobile, le moulin à huile, l'entraînement marin, etc. D'autre part, les engrenages hélicoïdaux croisés conviennent aux applications à faible vitesse et à faible rendement telles que la machine à mèches de l'industrie textile, la pompe à huile de combustion interne moteur, etc.

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).