Différence entre l'engrenage hélicoïdal et l'engrenage à chevrons

Les machines nécessitent une source d'énergie continue pour effectuer certaines tâches. La majorité des machines industrielles sont entraînées par une puissance mécanique, qui se présente sous la forme d'un couple de rotation. Un moteur principal est utilisé pour générer de l'énergie mécanique en convertissant une autre forme d'énergie; par exemple un moteur électrique convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Un système de transmission de puissance mécanique est utilisé pour transmettre la puissance de ces moteurs principaux aux emplacements prévus de l'unité de machine. Il comprend essentiellement quatre disques; cependant, prend l'aide d'autres éléments mécaniques pour une transmission de puissance ininterrompue. L'entraînement par engrenage, l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne et l'entraînement par câble sont quatre entraînements mécaniques qui peuvent transmettre le mouvement, le couple et la puissance de l'arbre d'entraînement à l'arbre entraîné. Chacun de ces quatre disques a des caractéristiques différentes et peut donc offrir des avantages spécifiques par rapport aux autres.

Un entraînement par engrenage est un entraînement mécanique rigide de type engagement qui convient à la transmission de puissance sur de petites distances. Il peut transmettre une forte puissance sans aucun glissement (entraînement positif). Sur la base de l'orientation relative des arbres d'entraînement et menés et du profil des dents, l'entraînement par engrenage peut être classé en quatre groupes :engrenage droit, engrenage hélicoïdal, engrenage conique et engrenage à vis sans fin. L'engrenage droit est le type d'engrenage le plus simple ayant des dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage et ne peut transmettre la puissance qu'entre des arbres parallèles. Bien que l'engrenage hélicoïdal soit également utilisé pour les arbres parallèles, les dents ne sont pas parallèles à l'axe de l'engrenage. Ici, les dents sont découpées en forme hélicoïdale sur l'ébauche d'engrenage en conservant le même angle d'hélice. L'engrenage conique peut avoir des dents droites ou en spirale et est utilisé pour les arbres qui se croisent; tandis que l'engrenage à vis sans fin est utilisé pour les arbres perpendiculaires mais non sécants.

Bien que les engrenages hélicoïdaux offrent certains avantages par rapport aux engrenages droits, ils imposent une charge de poussée axiale sur le roulement. Cette charge axiale est préjudiciable et limite la capacité de transmission de puissance. De plus, il nécessite des roulements coûteux et encombrants pour résister aux charges radiales et axiales. Cependant, cette charge de poussée peut être éliminée en utilisant un engrenage à chevrons ou à double hélice. En équipement à chevrons , les dents sont découpées dans les deux moitiés de l'ébauche d'engrenage en conservant le même module, le même nombre de dents et l'angle d'hélice mais le sens opposé de l'hélice. Ainsi, la force de poussée produite par chaque moitié de l'engrenage à chevrons est égale et opposée et s'élimine ainsi. De plus, il peut transmettre une puissance relativement plus élevée sans trop de problèmes. Les différentes différences entre les engrenages hélicoïdaux et les engrenages à chevrons sont présentées ci-dessous sous forme de tableau.

Table :Différence entre l'engrenage hélicoïdal et l'engrenage à chevrons

Profil des dents : Les dents de l'engrenage hélicoïdal sont taillées en forme d'hélice sur le cylindre primitif. Un engrenage hélicoïdal particulier se compose soit de dents d'hélice à gauche, soit de dents d'hélice à droite. Au moment de l'engagement, un engrenage hélicoïdal à hélice à gauche ne peut s'accoupler qu'avec un engrenage hélicoïdal à hélice à droite. D'autre part, un engrenage à chevrons se compose des deux mains d'hélice dans une seule unité d'engrenage. Chaque engrenage à chevrons a deux moitiés distinctes - une moitié doit avoir des dents d'hélice à gauche et l'autre moitié doit avoir des dents d'hélice à droite. D'autres caractéristiques telles que le diamètre du cercle primitif, le module, le nombre de dents, l'angle d'hélice et la largeur ou l'épaisseur seront les mêmes dans les deux moitiés ; la seule différence est leur main d'hélice.

Force de poussée : L'engrenage hélicoïdal offre de nombreux avantages par rapport à l'engrenage droit, tels qu'une charge progressive sur les dents, moins de vibrations, une plus grande capacité de charge, une durée de vie plus longue, etc. Le principal inconvénient est la charge axiale. Étant donné que les dents de l'engrenage droit sont droites et parallèles à l'axe de l'engrenage, une paire d'engrenages droits accouplés n'induit qu'une charge radiale. En raison de la forme hélicoïdale des dents, une paire d'engrenages hélicoïdaux conjugués induit à la fois une charge radiale et une charge axiale. Ainsi, des roulements plus solides sont nécessaires pour supporter les deux types de charge simultanément. L'engrenage à chevrons peut offrir des avantages similaires à l'engrenage hélicoïdal et en même temps élimine la force de poussée. Ici, la force de poussée produite par chaque moitié est égale et opposée (à cause de la main opposée de l'hélice) et ainsi la force de poussée résultante devient nulle. Ainsi, une paire d'engrenages à chevrons accouplés n'induit aucune force de poussée axiale sur les roulements (seule la force radiale existe).

Angle d'hélice : La force de poussée augmente avec l'angle d'hélice des dents; cependant, un angle d'hélice plus élevé peut réduire considérablement les vibrations et l'usure des dents et augmenter la capacité de charge. Cette force de poussée limite l'angle d'hélice maximal en cas d'engrenage hélicoïdal. Généralement, il est maintenu entre 20 et 25°. Cependant, l'absence de force de poussée dans les installations à engrenages à chevrons utilise un angle d'hélice plus élevé, même jusqu'à 45°.

Roulements pour le montage des arbres : Les arbres d'entraînement et menés sont montés aux deux extrémités à l'aide de roulements appropriés. En plus de supporter les arbres et de maintenir une position précise, les roulements éliminent également les vibrations et la charge, puis les transmettent au sol via le châssis. Généralement, les roulements à billes sont utilisés dans les réducteurs, sauf si la vitesse de rotation est très élevée. Il existe différents types de roulements à contact roulant, certains d'entre eux ne conviennent qu'à la charge radiale, certains ne conviennent qu'à la charge axiale et peu peuvent supporter la charge radiale et axiale. Par exemple, les roulements rigides à billes, les roulements à contact oblique et les roulements à rouleaux coniques peuvent supporter à la fois une charge radiale et une charge axiale. Ainsi, ces roulements peuvent être utilisés pour un réducteur à engrenages hélicoïdaux. D'autre part, les roulements à rouleaux cylindriques peuvent supporter de lourdes charges radiales et peuvent donc être utilisés avec un réducteur à chevrons.

Capacité de transmission de puissance : La fonction de base de chaque entraînement mécanique est de transmettre la puissance mécanique de l'arbre moteur à l'arbre entraîné. Différents entraînements offrent différents niveaux de capacité de transmission en fonction de la taille, du matériau et d'autres caractéristiques. Bien que la capacité de transmission d'un engrenage hélicoïdal soit comparativement plus élevée que celle d'un engrenage droit similaire, il n'est généralement pas utilisé pour les applications lourdes. La charge axiale et la disponibilité des roulements imposent la limite dans les applications lourdes. Les engrenages à chevrons et les engrenages à double hélice sont le choix préféré pour ces zones. Par exemple, le train d'engrenages planétaires à chevrons (HPGT) peut être observé dans des machines lourdes telles que des coupe-charbon, des moteurs aérospatiaux, des éoliennes, etc.

Fabrication des engrenages : Couper des dents hélicoïdales sur l'ébauche d'engrenage cylindrique n'est pas difficile; cependant, un problème survient lorsqu'il n'y a pas de dégagement à l'extrémité des dents. Comme l'engrenage droit, les dents d'engrenage hélicoïdal peuvent également être coupées par une fraise de façonnage d'engrenage de type pignon. Le taillage peut également être utilisé pour couper des engrenages hélicoïdaux. Mais dans les engins à chevrons, aucun espace de soulagement n'existe entre les moitiés gauche et droite. Ainsi, couper les dents à cette jonction est assez compliqué car il existe un risque de dépassement vers l'autre moitié. Il nécessite une fraise à tailler spécialisée ayant une rainure correspondant à l'engrenage à chevrons. Un degré élevé d'alignement géographique et angulaire est également nécessaire pour maintenir.

Une comparaison scientifique entre les engrenages hélicoïdaux et les engrenages à chevrons 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).