Choisir entre engrenages hélicoïdaux et systèmes crémaillère-pignon hélicoïdaux

Engrenages droits : avantages et inconvénients

Les engrenages hélicoïdaux fonctionnent plus doucement et plus silencieusement que les engrenages droits. Cette différence vient de la manière oblique dont leurs dents interagissent par rapport à l'axe de rotation. Cet axe peut être parallèle ou généralement croisé à un angle de 90°. Dans le cas d'axes croisés, les engrenages hélicoïdaux sont utilisés avec un engrenage à vis sans fin, bien que dans ces cas deux engrenages coniques puissent être utilisés alternativement.

Lorsque deux dents s'engagent, le contact est progressif, commençant à une extrémité de la dent et restant en contact avec l'engrenage qui tourne jusqu'à ce que le contact complet soit atteint. Un angle d'hélice typique se situe entre 15 et 30 degrés. D'autre part, la charge axiale varie en proportion directe de la tangente de l'angle d'hélice.

Engrenages hélicoïdaux à axes croisés : Ce sont les plus simples dans la catégorie des engrenages hélicoïdaux. Ils créent une action de vissage ou de coinçage du fait du fort glissement le long des flancs de dent.

Engrenages hélicoïdaux à axes parallèles : Ils consistent en un nombre infini d'engrenages alternés de faible épaisseur. Cela fait que chaque dent est inclinée le long du flanc comme une hélice cylindrique. En contact l'un avec l'autre, ils doivent avoir le même angle d'hélice mais dans des directions opposées. Du fait de l'angle d'hélice, il y a une poussée axiale en plus de la charge.

Double hélice ou « chevrons » : Ce sont une combinaison d'hélices droite et gauche. La poussée axiale absorbée par les roulements des engrenages hélicoïdaux est un inconvénient.

Avantages des engrenages hélicoïdaux

• Les dents inclinées travaillent plus progressivement, permettant un fonctionnement plus doux et silencieux comparé aux engrenages droits ou roues dentées.
• Les engrenages hélicoïdaux durent plus longtemps et sont idéaux pour les applications à forte charge, car ils ont plus de dents en contact simultanément.
• La charge est en permanence répartie sur plusieurs axes, ce qui produit moins d'usure.
• Ils peuvent transmettre mouvement et puissance tant entre axes parallèles qu'entre axes à angle droit.

Engrenages hélicoïdaux métalliques

Inconvénients

L'un des inconvénients est la poussée axiale qui doit être compensée par des roulements à butée appropriés. Il y a plus de frottement de glissement entre les dents, ce qui cause une usure accrue et nécessite des systèmes de lubrification.

Le rendement des engrenages hélicoïdaux est inférieur du fait du contact entre les dents, qui crée une pression axiale et génère de la chaleur. Cette perte d'énergie réduit la performance.

Coûts de production plus élevés que les engrenages droits.

Engrenages : avantages et inconvénients

Les engrenages droits sont le type le plus courant et se distinguent parce que leurs dents sont alignées sur des axes parallèles. Ils servent à obtenir des rapports de démultiplication élevés, à basses et moyennes vitesses. Les engrenages droits sont très utiles pour transmettre le mouvement d'un arbre à un autre parallèle et proche.

Avantages des engrenages droits

• Ils peuvent transmettre une puissance significative (jusqu'à environ 50 000 kW).
• Ils sont très fiables.
• Ce sont les pièces les plus simples à concevoir et fabriquer. Un projet d'actionnement avec engrenages droits peut être déployé plus rapidement.
• Ils fournissent un rapport de démultiplication constant et stable.

L'engrenage droit apparaît plus efficace qu'un engrenage hélicoïdal de même taille.

Comme la dent est parallèle à son axe, aucune force axiale n'est générée. Les arbres d'engrenage peuvent donc être montés facilement sur roulements à billes.

Engrenage droit en plastique

• Ce sont des engrenages à basse vitesse.
• Ils ne peuvent pas transmettre de puissance entre axes non parallèles.
• Les engrenages droits génèrent trop de bruit à haute vitesse.
• Les dents de la roue subissent de fortes contraintes.
• Ils ne peuvent pas transmettre l'énergie sur de longues distances.
• Ils sont moins résistants que d'autres types d'engrenages.

Pour leurs applications, on les utilise souvent dans les secteurs où le ralentissement est requis et où le niveau sonore n'est pas aussi critique que dans l'industrie de la vente ou des systèmes de sécurité. Ils ont aussi une application importante dans la transmission de mouvement dans un moteur-réducteur planétaire.

Crémaillère et pignon

Les crémaillères transforment le mouvement rotatif en mouvement linéaire. La crémaillère a des dents droites taillées sur une face d'une section carrée ou ronde de barre et s'engrène avec un pignon, qui est un petit engrenage cylindrique en prise avec la crémaillère. Généralement, on les désigne collectivement sous le nom de « crémaillère et pignon ». Il existe de nombreuses façons d'utiliser ces engrenages.

Pour offrir de nombreuses variétés, de nombreux types de crémaillères sont disponibles en stock. Si l'application nécessite une grande longueur impliquant plusieurs crémaillères en série, nous avons des crémaillères avec des bords de dent correctement configurés, appelées « crémaillères à bouts usinés ». Lors de la fabrication, les processus de taillage et de traitement thermique peuvent provoquer des déformations. Nous les contrôlons avec des presses spéciales et des procédés de redressage.

Il existe des applications où la crémaillère est fixe tandis que le pignon bouge, et d'autres où le pignon tourne autour d'un axe fixe tandis que la crémaillère bouge. La première est largement utilisée dans les systèmes de transport, la seconde dans les systèmes d'extrusion et les applications de levée/abaissement.

En tant qu'élément mécanique transformant le mouvement rotatif en linéaire, les crémaillères sont souvent comparées aux vis à billes. Il y a des avantages et inconvénients à utiliser des crémaillères plutôt que des vis à billes. Les avantages de la crémaillère sont sa simplicité mécanique, sa forte capacité de charge et l'absence de restriction de longueur. Cependant, l'inconvénient est le jeu. L'avantage de la vis à billes est sa haute précision et son faible jeu, tandis que son inconvénient est la longueur limitée due à la flèche.

Les crémaillères et pignons servent pour les mécanismes de levage (mouvement vertical), mouvement horizontal, mécanismes de positionnement, butées et permettent la rotation synchrone de plusieurs arbres dans les machines industrielles. Ils sont aussi utilisés dans les systèmes de direction pour changer la direction des voitures. Les caractéristiques : structure simple, grande rigidité, compacité, légèreté et excellente réactivité. Grâce à ce mécanisme, le pignon monté sur l'arbre de direction s'engrène avec la crémaillère, transformant le mouvement rotatif en mouvement linéaire pour braquer les roues. De plus, crémaillères et engrenages servent à divers autres usages comme les jouets et les loquets latéraux.

Les engrenages droits sont généralement utilisés dans les machines où les actionnements doivent fonctionner à des plages de vitesse plus élevées (machines d'hôtellerie) ou à des niveaux de bruit plus faibles (industries automobile ou climatisation). Ils sont aussi couramment utilisés sur les machines nécessitant une transmission de couple élevé sur axes parallèles.