Différence entre l'engrenage droit et l'engrenage hélicoïdal

Les entraînements mécaniques sont utilisés pour transmettre le mouvement, le couple et la puissance de l'arbre d'entraînement (tel que le moteur principal) à l'arbre entraîné (tel que l'unité de la machine). Il existe quatre entraînements mécaniques, à savoir l'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble. Contrairement à l'entraînement par courroie (un entraînement par friction), l'entraînement par engrenage est un entraînement à engagement, ce qui indique que la transmission de puissance se produit au moyen d'engagements et de désengagements successifs des dents de deux engrenages. C'est aussi une transmission rigide car aucun élément flexible intermédiaire n'existe entre deux engrenages. Ici, l'engrenage d'entraînement s'accouple directement avec l'engrenage mené correspondant, et convient donc à la transmission de puissance sur de petites distances. Cependant, sa capacité de transmission de puissance est très élevée et peut fournir une large plage de réduction de vitesse (de 1:1 à 1:100, en un seul étage). Il peut également offrir un rapport de vitesse constant car il est intrinsèquement exempt de glissement, de fluage ou d'effet polygonal.

Les engrenages peuvent être classés en quatre groupes de base :engrenage droit, engrenage hélicoïdal, engrenage conique et engrenage à vis sans fin. Chacun de ces engrenages a des caractéristiques spécifiques et peut offrir certains avantages par rapport aux autres. Un engrenage droit est le plus simple utilisé pour transmettre le mouvement et la puissance entre l'entraînement parallèle et les arbres entraînés. Il a des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage. Un autre engrenage similaire, appelé engrenage hélicoïdal , est également utilisé pour les arbres parallèles ; cependant, ses dents sont taillées en forme d'hélice sur l'ébauche cylindrique. D'autre part, l'engrenage conique est utilisé pour les arbres qui se croisent, qui peuvent ou non être perpendiculaires. Il peut avoir des dents le long de l'axe de l'engrenage (engrenage conique à dents droites) ou en forme de spirale (engrenage conique à dents hélicoïdales). L'engrenage à vis sans fin est utilisé pour les arbres perpendiculaires mais non sécants.

Bien que l'engrenage droit et l'engrenage hélicoïdal soient destinés à des arbres parallèles, chacun a une orientation différente des dents et convient à différentes applications. En cas d'engrenages droits , les dents des engrenages correspondants entrent en contact soudain. Ainsi, la dent subit un impact ou une charge de choc. Cela provoque des vibrations et réduit également la durée de vie de l'engrenage. La forme hélicoïdale des dents peut éliminer ce problème. Dans deux engrenages hélicoïdaux accouplés , les dents entrent en contact progressivement et sont donc exemptes d'impacts ou de chocs. Il peut supporter une charge relativement plus élevée. Il offre également une réduction de vitesse plus élevée. Contrairement à l'engrenage droit qui n'impose qu'une charge radiale, l'engrenage hélicoïdal impose à la fois des charges radiales et axiales sur les roulements. Les différentes différences entre l'engrenage droit et l'engrenage hélicoïdal sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

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

Configuration des dents d'engrenage : La différence apparente entre l'engrenage droit et l'engrenage hélicoïdal est la forme de leurs dents. L'engrenage droit a des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage. Il convient de mentionner que les engrenages coniques droits ont également des dents droites orientées selon l'axe de l'engrenage mais elles ne sont pas parallèles à l'axe de l'engrenage (elles sont inclinées et donc sécantes). Comme son nom l'indique, l'engrenage hélicoïdal a des dents en forme d'hélice qui sont taillées sur le cylindre primitif. Un engrenage hélicoïdal peut avoir une hélice à gauche ou une hélice à droite. L'angle d'hélice peut varier d'un engrenage à l'autre. Typiquement, il se situe entre 15 et 25°; cependant, un angle d'hélice plus élevé (jusqu'à 45°) peut être utilisé pour les engrenages à double hélice ou à chevrons.

Nature de la charge et roulements correspondants : Lors de l'accouplement de deux engrenages, les roulements subissent un couple et des forces, qui sont finalement transférés au sol. La direction et l'intensité de cette force varient en fonction de la vitesse de rotation et de la configuration des dents. Étant donné que certains roulements ne peuvent gérer efficacement qu'une charge radiale, certains ne peuvent gérer qu'une charge axiale et peu peuvent gérer les deux charges, il est donc nécessaire de choisir un roulement approprié en fonction de la nature et de l'intensité de ces forces. En raison des dents droites, les engrenages droits n'imposent qu'une charge radiale aux roulements. Ainsi, un roulement à rouleaux cylindriques moins cher peut être utilisé. D'autre part, les engrenages hélicoïdaux imposent une charge radiale et une charge axiale importantes sur les roulements. Ainsi, les roulements rigides à billes, les roulements à contact oblique et les roulements à rouleaux coniques peuvent être utilisés car ces roulements peuvent supporter des charges axiales et radiales.

Orientation des arbres d'entraînement et entraîné : L'un des avantages fondamentaux de l'entraînement par engrenages par rapport aux autres entraînements mécaniques (comme l'entraînement par courroie ou par chaîne) est sa possibilité d'utilisation pour des arbres non parallèles. Cependant, plusieurs types d'engrenages conviennent à des orientations variables des arbres menant et entraîné. Les engrenages droits et les engrenages hélicoïdaux sont massivement utilisés pour les arbres parallèles; tandis que les engrenages coniques peuvent être utilisés pour les arbres qui se croisent et les engrenages à vis sans fin peuvent être utilisés pour les arbres perpendiculaires qui ne se croisent pas. Il existe un type particulier d'engrenage hélicoïdal, appelé engrenage hélicoïdal croisé, qui peut être utilisé pour transmettre de la puissance entre des arbres perpendiculaires. Ceci est assez similaire à l'engrenage à vis sans fin; cependant, un engrenage hélicoïdal croisé ne peut pas fournir une réduction de vitesse élevée. En règle générale, il convient à un rapport de vitesse de 1:1 à 1:2 (par rapport à 1:15 à 1:100 dans un engrenage à vis sans fin). Son application est également limitée en raison de nombreuses limitations.

Scénario de contact entre les dents accouplées : Les engrenages droits ont des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage. Deux engrenages correspondants sont également montés dans des arbres parallèles. Ainsi, les dents de deux engrenages droits accouplés entrent en contact soudain et le contact est toujours une ligne de longueur égale à la largeur de la face des dents. Au contraire, les engrenages hélicoïdaux ont des dents hélicoïdales et ils sont montés sur des arbres parallèles. Ainsi, les dents de deux engrenages hélicoïdaux correspondants entrent progressivement en contact. Leur engagement commence par un point et devient une ligne, puis se désengage progressivement en tant que point. Ainsi, la longueur de contact ne reste pas constante.

Charge d'impact, vibration et bruit : Étant donné que les dents de deux engrenages droits accouplés entrent en contact soudain, elles subissent un choc ou une charge d'impact. Cela produit également des vibrations et du bruit importants, qui imposent parfois une limite à la vitesse de fonctionnement maximale autorisée. Au contraire, un contact progressif entre les dents accouplées entraîne une charge progressive sur les dents et une diminution des vibrations et du bruit. Ainsi, les engrenages hélicoïdaux peuvent être utilisés à une vitesse plus élevée sans trop de problèmes.

Dents d'engrenage de coupe : Couper des dents droites est relativement plus facile que de couper des dents hélicoïdales. Le fraisage d'engrenages ou le taillage d'engrenages peuvent être utilisés pour tailler les dents d'engrenages droits et hélicoïdaux. En fraisage, seuls deux mouvements simultanés sont souhaités pour tailler les dents des engrenages droits; cependant, trois mouvements simultanés sont nécessaires pour couper les dents d'un engrenage hélicoïdal.

Une comparaison scientifique entre les engrenages droits et hélicoïdaux 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).