Types d'engrenages :un guide sur les différents engrenages mécaniques

Les engrenages, partie essentielle des moteurs, sont des dispositifs mécaniques qui permettent de modifier le couple et la vitesse des machines. Il existe différents types d'engrenages avec des exigences et des spécifications spécifiques, allant des formes simples aux plus complexes.

Souvent, un certain nombre d'engrenages forment des machines complexes, mais ce n'est pas toujours le cas. Par exemple, les engrenages sont présents dans des machines simples comme les horloges, où ils régulent la vitesse de l'aiguille de l'horloge. Dans cet article, nous aborderons différents engrenages mécaniques et leurs applications. Continuons à lire.

Que sont les Gears ?

Les engrenages sont des dispositifs mécaniques rotatifs avec des dents qui permettent la transmission du couple et de la vitesse. Souvent, les engrenages mécaniques sont cylindriques avec des ensembles de dents autour du corps. Lorsque deux vitesses ou plus fonctionnent en synchronisation, elles sont en transmission. La transmission de puissance est ce qui entraîne un changement de vitesse ou de couple.

Avantages des engrenages

• Les engrenages sont solides mécaniquement. Par conséquent, ils peuvent soulever des charges plus élevées.
• Avec l'aide d'une boîte de vitesses, ils permettent un changement des rapports de vitesse.
• Ils fonctionnent bien à basse vitesse.
• Transmission de puissance à haut rendement.
• Ils sont idéaux pour la transmission de valeurs de couple élevées.
• Les engrenages ne nécessitent qu'une lubrification de routine, par conséquent, peu d'attention portée à l'entretien.
• Ils sont très durables, de sorte que le système d'engrenage sert pendant longtemps.

Inconvénients des engrenages

• Les engrenages ne conviennent pas à la transmission de mouvement sur de longues distances.
• Ils ne sont pas flexibles.
• Les engrenages sont bruyants, surtout à grande vitesse.
• Ils ne conviennent pas lorsque les arbres sont éloignés.

Différents types d'engrenages et leurs applications

En mécanique, le regroupement des engrenages en différentes classes dépend de la configuration des dents, de l'utilisation et de la direction du mouvement. Vous trouverez ci-dessous les types d'engrenages les plus importants.

Pignon droit

Les engrenages droits transmettent la puissance dans le même plan lorsque les deux arbres (l'entraînement et l'entraînement) sont parallèles. Les dents des engrenages droits sont parallèles à l'axe de l'arbre. Par conséquent, lorsqu'il engrène avec un autre engrenage droit, il transmet la puissance dans un arbre parallèle. Ce sont les formes d'engrenages les plus courantes qui ont des applications dans l'automobile, les systèmes de convoyeurs, les pompes et moteurs à engrenages, les réducteurs de vitesse, etc.

Engrenage hélicoïdal

Les engrenages hélicoïdaux ont leurs dents positionnées à un angle par rapport à l'arbre contrairement aux engrenages droits qui sont parallèles. Ils ont plusieurs dents en contact pendant la transmission. En conséquence, les engrenages mécaniques hélicoïdaux peuvent supporter des charges plus importantes. De plus, ils fonctionnent avec moins de bruit et de vibrations car les charges sont mieux réparties. De plus, ils subissent moins d'usure car il y a moins de frottement. Différents types d'engrenages hélicoïdaux seront présentés ci-dessous.

Engrenage hélicoïdal simple ou double

Les engrenages hélicoïdaux simples ont des dents dans l'hélice gauche ou l'hélice droite. Cependant, les engrenages à double hélice ont des dents dans les deux sens. Dans les engrenages à double hélice, il y a deux faces hélicoïdales l'une à côté de l'autre avec un espace entre elles. Les faces sont identiques mais ont des angles hélicoïdaux opposés. L'utilisation d'un engrenage à double hélice assure un chevauchement des dents plus important, ce qui se traduit par une transmission plus fluide.

Équipement à chevrons

Cet ensemble est assez similaire à l'engrenage à double hélice. Cependant, ils sont plus petits et n'ont pas d'espace entre les deux faces hélicoïdales. Les engrenages à chevrons ont les deux engrenages hélicoïdaux joints côte à côte. Ils ne sont pas si courants en raison des coûts de production élevés et des difficultés de fabrication, bien qu'ils soient mieux adaptés aux applications de vibrations et de chocs importants.

Engrenage à vis

Les engrenages à vis sont une paire d'engrenages hélicoïdaux fonctionnant à un angle de torsion de 45 degrés. Ils se produisent sur des arbres non parallèles et non sécants. Ils ont une faible capacité de charge en raison du contact à une seule dent. Par conséquent, ces engrenages ne sont pas idéaux pour transmettre une grande puissance.

Applications des engrenages hélicoïdaux

• Pompes à eau
• Mixeurs
• Automobiles

Pignon conique

Les engrenages coniques sont en forme de cône, avec des dents autour du cône. Ils transmettent la force entre des arbres perpendiculaires. C'est-à-dire des arbres qui se croisent à angle droit (90 degrés). Cependant, les engrenages coniques sont coûteux et ne transmettent pas un couple important par taille comme la configuration à arbres parallèles.

Pignons coniques droits

Les engrenages coniques droits sont les configurations les plus courantes de la dent d'engrenage conique. La raison en est la simplicité de la conception et la facilité de fabrication. Les dents biseautées droites s'emboîtent toutes en même temps plutôt que progressivement lorsqu'elles sont correctement appariées. La surface de pas des types d'engrenages coniques droits est conique avec des dents droites qui se rétrécissent vers la pointe.

Pignons coniques en spirale

Les engrenages mécaniques coniques en spirale ont des lignes de dents incurvées et ils ont un meilleur rapport de contact des dents que l'engrenage conique droit. Par conséquent, ils sont supérieurs en efficacité et en résistance et produisent moins de vibrations et de bruit. Cependant, ils ont des difficultés de fabrication.

Pignons coniques Zerol®

Les engrenages coniques Zerol® sont une marque déposée de Gleason Co. L'engrenage adopte les caractéristiques des engrenages coniques droits et en spirale avec des dents courbes. Par conséquent, l'engrenage convient aux deux applications. Cependant, elles n'ont aucun angle de torsion et, par conséquent, les dents peuvent tourner dans les deux sens.

Engrenages d'onglet

Les engrenages à onglet sont un type spécial d'engrenage conique en ce sens qu'ils ont le même nombre de dents. Leurs arbres sont positionnés à 90 degrés l'un de l'autre et ces engrenages modifient la transmission de puissance sans affecter la vitesse. Les engrenages à onglet sont uniques car ils ont un rapport d'engrenage de 1. En revanche, d'autres engrenages coniques peuvent avoir des rapports allant de 10:1 à 500:1.

Pignons de couronne

Les engrenages à couronne, parfois appelés engrenages faciaux, ont également leurs dents à angle droit par rapport à la face de la roue. Ils ont un cône de pas de 90 degrés. Dans les industries, les engrenages en couronne s'engrènent avec d'autres engrenages coniques ou engrenages droits dans un mouvement circulaire de puissance.

Engins hypoïdes

Les engrenages hypoïdes ressemblent aux engrenages coniques en spirale, mais ils fonctionnent dans des arbres non sécants. Ils fonctionnent à 90 degrés et sont courants dans les secteurs automobiles. Vous voyez ces engrenages sur les essieux des véhicules.

Applications des engrenages coniques

• Mixeurs
• Systèmes d'arrosage
• Concasseurs

Engrenage à vis sans fin

L'engrenage à vis sans fin consiste en une coupe en forme de vis sur l'arbre (vis sans fin) et l'engrenage correspondant (roue à vis sans fin). Ce type d'engrenage transmet la puissance dans des arbres non sécants qui forment des angles droits. Les types d'engrenages fonctionnent en établissant un contact glissant avec moins de frottement, plutôt une rotation douce et silencieuse. Ainsi, ils conviennent aux applications à fort choc. Cependant, ils ont un faible rendement, ce qui limite leur utilisation aux applications de faible puissance.

Applications des engrenages à vis sans fin

• Machines agricoles
• Petits convoyeurs
• Équipements d'emballage

Pignon à crémaillère

La crémaillère et le pignon se produisent souvent par paires. Ils se composent de deux engrenages circulaires :le pignon engageant un engrenage linéaire – la crémaillère. Ils traduisent le mouvement de rotation en linéaire. Ces engrenages sont courants dans le système de direction des automobiles. Les systèmes d'engrenages à crémaillère peuvent utiliser des engrenages droits ou hélicoïdaux. L'application principale des engrenages à crémaillère est la direction automobile.

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Un bref tableau des différents types d'engrenages mécaniques

Types d'engrenages	Caractéristiques	Applications
Pignon droit	a. La forme d'engin la plus courante. b. Facile à fabriquer. c. À utiliser pour la configuration d'engrenages à axes parallèles. ré. Corps d'engrenage circulaire.	a. Horloges b. Petits convoyeurs c. Automobile
Engrenage hélicoïdal	a. Corps d'engrenage circulaire. b. L'efficacité est inférieure à celle des engrenages droits. c. Configuration d'axes parallèles. Fonctionnement plus fluide avec moins de bruit.	a. Pompes à eau b. Mélangeurs c. Automobiles
Pignon conique	a. Corps d'engrenage conique. b. Configuration des axes sécants. c. Des conceptions droites, en spirale et en biseau Zerol® existent.	a. Mélangeurs b. Systèmes d'arrosage c. Broyeurs
Engrenage à vis sans fin	a. La paire d'engrenages se compose d'engrenages circulaires et à vis. b. Faible efficacité. c. Configurations non parallèles et non sécantes.	a. Machines agricoles b. Petits convoyeurs
Pignon à crémaillère	a. La paire d'engrenages se compose d'une crémaillère et d'un engrenage cylindrique. b. Configuration d'axes parallèles. c. Change le mouvement rotatif en mouvement linéaire et vice versa.	a. Direction automobile b. Balance

Paramètres de base pour la conception d'engrenages

Ci-dessous, nous discuterons des paramètres de base des engrenages qui affectent la conception des engrenages.

Forme de l'engrenage

La plupart des engrenages sont circulaires, avec des dents alignées autour du corps cylindrique. Cependant, ils se présentent également sous des formes coniques, elliptiques, carrées et triangulaires. Les systèmes d'engrenages circulaires ont un rapport d'engrenage constant pour la vitesse de rotation et le couple. Par conséquent, une entrée similaire produit la même sortie de vitesse et de couple. L'inverse est ce qui existe dans les types d'engrenages non circulaires. Par conséquent, ils peuvent effectuer des mouvements irréguliers spéciaux, tels que le changement de vitesse et le mouvement inverse.

Module

Le module fait référence à la taille d'une dent d'engrenage en millimètres. Par conséquent, le module est directement lié à la taille des dents de l'engrenage. C'est un paramètre important à surveiller dans l'engrenage. Le module est la valeur obtenue en divisant le diamètre primitif par le nombre de dents de l'engrenage. Mathématiquement, nous l'avons comme :

Module =Diamètre primitif / Nombre de dents.

Cependant, il existe des valeurs communes pour les modules, qui suivent la façon dont ils se produisent dans les applications industrielles.

Configuration des axes d'engrenage

Les configurations d'axes d'engrenage se présentent sous trois formes :parallèle, sécante et non parallèle (ou non sécante). Les engrenages à axes parallèles se produisent parallèlement aux arbres tournant dans des directions opposées. Les engrenages qui se croisent se croisent sur le même plan, tandis que les engrenages non parallèles ont leurs axes coupés sur différents plans. Cependant, les configurations d'engrenages croisés et parallèles ont une efficacité et une vitesse supérieures à celles des engrenages non parallèles.

Angle de pression

L'angle de pression est l'angle que forme la dent avec la normale à la ligne primitive. En règle générale, un angle de pression de 20 degrés est souvent utilisé. Bien que des angles de 14,5 et 17,5 existent dans certains cas. Des angles de pression plus grands indiquent un dedendum large qui se traduit par une plus grande résistance de la dent.

Nombre de dents

Le nombre de dents et les valeurs de module et d'angle de pression sont cruciaux dans le calcul des dimensions des engrenages. Le nombre de dents est essentiel dans le calcul de la vitesse de l'engrenage (rapport d'engrenage) à l'aide de l'expression ci-dessous :

Nombre de dents du pignon d'entrée / Nombre de dents du pignon de sortie.

Sens de torsion

Un engrenage est à droite lorsqu'il a ses dents à droite et à gauche lorsqu'elles sont à gauche. Pour que la transmission de puissance se produise dans une paire d'engrenages hélicoïdaux ou coniques, les deux engrenages travaillant main dans la main doivent avoir des sens de torsion opposés. Par exemple, deux engrenages hélicoïdaux avec des dents se déplaçant dans la même direction ne s'engrènent jamais. Cependant, les engrenages à vis et à vis sans fin sont unidirectionnels mais maillés.

Angle de torsion

L'angle de torsion est l'angle d'inclinaison de la dent par rapport à l'axe du cylindre. L'augmentation de l'angle de torsion des engrenages conduit à une direction de poussée plus importante. En conséquence, il y a une baisse de l'efficacité de la machine. Généralement, les angles de torsion inférieurs à 25 degrés sont idéaux pour les engrenages hélicoïdaux afin de réduire la poussée.

Considérations lors de la conception et de la sélection des engrenages

Vous trouverez ci-dessous quelques facteurs critiques à prendre en compte lors de la conception et de la sélection des engrenages.

Conditions opérationnelles et environnementales

Les conditions opérationnelles et environnementales des engrenages sont essentielles pour leur durabilité et leurs performances. Les conditions de fonctionnement comprennent les contraintes et les frottements exercés sur les dents. D'autre part, les conditions environnementales comprennent l'humidité, la température et la propreté. Les deux conditions affectent le type d'engrenage et les facteurs de conception tels que la construction, le traitement de surface, les lubrifiants et la méthode de lubrification.

Restrictions dimensionnelles

Les restrictions dimensionnelles sont des limitations à l'espace occupé par les engrenages. Par exemple, les engrenages doivent être au centre entre les arbres. Cependant, il y a des cas où ils sont un peu plus éloignés du centre pour mieux s'adapter au système d'engrenage. Dans de tels cas, le profil des dents est modifié. L'utilisation d'équipements et de conceptions spécifiques qui conviennent le mieux à l'espace est un autre moyen efficace de gérer les limitations dimensionnelles.

Exigences de transmission

Les engrenages mécaniques transfèrent souvent le mouvement et le couple dans les composants de la machine. Cependant, en fonction de la conception et de la construction, ils peuvent modifier la direction du mouvement et augmenter la vitesse ou le couple de sortie. Lors de la conception des engrenages, les spécifications et les exigences de l'application :les changements de direction ou l'augmentation de la vitesse ou du couple sont des facteurs à prendre en compte. Ils peuvent influencer le type, la conception et la configuration de l'engin.

Normes de conception

Les engrenages ont diverses spécifications, sans norme industrielle générale. Souvent, les conceptions d'engrenages sont conformes à la norme du fabricant ou aux spécifications de conception de la machine ou du système. Cependant, plusieurs pays ont créé une norme pour servir leurs industries. Par exemple, aux États-Unis, les engrenages sont regroupés par American Gear Manufacturers Association (AGMA). Le Japon et l'Allemagne ont aussi de telles associations.

Coûts

Le coût est un facteur, en particulier lorsqu'il s'agit d'engrenages personnalisés. Les matériaux de conception, la construction, les finitions de surface, les exigences de précision et de lubrification affectent les coûts. Bien qu'il soit nécessaire d'utiliser des engrenages qui répondent à toutes les spécifications, le coût doit être pris en compte. Ainsi, là où les engrenages réguliers répondent aux normes, il est préférable de les utiliser, car les engrenages personnalisés entraîneront d'autres dépenses.

Comment produire des engrenages

Les engrenages sont produits à l'aide de plusieurs processus de fabrication d'engrenages. Certains d'entre eux incluent :

• Forger
• Extrusion et étirage à froid
• Métallurgie des poudres
• Effacement
• Usinage d'engrenages

L'usinage est souvent effectué pour obtenir la forme et la dimension finales de l'engrenage. Une fois les engrenages produits, des finitions de surface, telles que le meulage et le rodage, peuvent ensuite être appliquées pour améliorer la caractéristique générale de l'engrenage.

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FAQ

Quelles sont les différences entre l'engrenage et le pignon ?

un. Les engrenages et les pignons sont similaires, les deux dispositifs mécaniques contenant des dents qui facilitent la transmission de puissance. Cependant, voici quelques différences clés entre les deux.
b. Les dents des engrenages s'emboîtent tandis que les roquettes se verrouillent avec une chaîne de vélo ou des chenilles de chars militaires.
c. Les engrenages peuvent transmettre le couple dans des configurations parallèles, perpendiculaires et autres, alors que les fusées ne fonctionnent que le long d'un axe parallèle.
ré. Les engrenages sont mieux adaptés à la transmission sur de courtes distances, tandis que le pignon et la chaîne fonctionnent bien sur de plus longues distances.
e. Les engrenages transmettent des couples dans des directions opposées. Cependant, c'est l'inverse avec les fusées.

Quelle est la différence entre les pignons et les engrenages ?

Là où nous avons deux engrenages engrenés ensemble, le plus petit est le pignon. L'engrenage agit souvent comme conducteur tandis que le pignon est entraîné. Il y a un entraînement démultiplié lorsque le pignon est l'engrenage d'entraînement, ce qui entraîne une vitesse de sortie inférieure mais un couple accru.

Quels sont les meilleurs engrenages ?

Les différents types d'engrenages sont les mieux adaptés à différentes fonctions en fonction des exigences de spécification et des besoins. Cependant, les engrenages droits restent les engrenages les plus largement utilisés. Ils atteignent une grande précision et sont relativement faciles à fabriquer.