Crémaillure : méthode prouvée pour réduire le bruit des trains d'engrenages et corriger le désalignement

Les concepteurs d'engrenages luttent depuis longtemps contre les trains d'engrenages bruyants, surtout que les réducteurs modernes exigent plus de puissance, plus de RPM et plus d'efficacité. Réduire vibrations et bruit sans gonfler les coûts reste un défi critique.

Stratégies courantes : agrandir le pignon pour réduire le sous-coupure, incorporer des matériaux absorbants comme phénolique ou Delrin, passer à des trains hélicoïdaux. Approches supplémentaires : tolérances de fabrication plus serrées pour qualité supérieure, redesign acoustique du réducteur, expérimentation de rapports d'engrenage pour amortir l'amplification harmonique, optimisation de la dureté matériaux pour minimiser la distorsion du traitement thermique ou l'éliminer. Une attention soignée à la géométrie d'engrenage est aussi essentielle pour maximiser le contact et réduire l'usure.

Figure 1.

La crémaillure (ou barrelling) modifie l'épaisseur de dent le long de son axe, créant un point de contact central qui élimine l'appui en bout. Ce changement géométrique simple apporte des bénéfices significatifs.

Premièrement, elle atténue le désalignement causé par imprécisions de fonderie, carter, arbres, réducteurs ou paliers de roulement. Deuxièmement, elle réduit les erreurs de pas qui mènent à une usure inégale et au grippage par excentricités. Avec un engrenage à contact central, le jeu peut être minimisé, permettant à l'engrenage de s'user par rodage plutôt que par usure prématurée.

Figure 2.

Le rodage — effectué après taillage brut ou façonnage — a traditionnellement été l'opération de finition pour produire la crémaillure désirée, surtout pour engrenages à pas grossier. Les machines modernes peuvent maintenant crémailler pendant la coupe, éliminant l'étape de rodage séparée.

Deux techniques de rodage produisent la crémaillure : balancement de la table pendant la réciprocation (profondeur de crémaillure ajustable) et plongée (plus rapide mais peut augmenter l'usure de l'outil). Le rodage améliore la qualité de profil et réduit les erreurs de dent par actions de coupe et brunissage.

Figure 3.

Autres méthodes de crémaillure : came de crémaillure dans le mécanisme de recul d'un façonneur. Le rayon de l'engrenage est calculé selon la crémaillure désirée et l'angle de pression, bien que les blocs pour ce processus puissent être coûteux.

Les équipements d'engrenage avancés offrent maintenant deux techniques populaires de crémaillure pendant taillage. La première utilise un suiveur hydrocopieur ou mécanique pour templater la distance centre de l'outil, permettant taillage conique ou même ondes sinusoïdales. La seconde, taillage CNC, permet pratiquement tout profil de dent désiré, bien que le coût équipement reste élevé ; cependant, les périodes de retour sur investissement ont raccourci ces dernières années.

Les façonneuses CNC modernes peuvent crémailler sans came dédiée. Par exemple, notre Gleason Pfauter P 300 ES obtient la crémaillure en taillant une légère hélice droite et gauche le long de la face de dent, laissant le diamètre de pied droit. La Bourn & Koch Fellows MS 450 avec axe U peut programmer la broche outil pour avancer et reculer pendant la course, créant une coupe plus profonde aux extrémités et moins profonde au sommet de la crémaillure.

Figure 4.

Qui bénéficie de cette technologie aujourd'hui ? Applications à forte charge — moteurs hydrauliques wobble, pignons d'actionneurs aéronautiques — comptent sur la crémaillure pour adresser le désalignement plus que le bruit. Bien que peu de fabricants US appliquent la crémaillure aux engrenages à pas fin, ceux qui l'ont adoptée rapportent réduction de bruit 5 à 10 fois, avec vibrations, usure et consommation d'énergie réduites.

Candidats idéaux : fabricants de moteurs fractionnaires et toute opération traitant pignons droits ou hélicoïdaux sujets au bruit ou désalignement. La crémaillure a été plus développée en Europe grâce à la disponibilité plus longue d'équipements de taillage étrangers.

Les fabricants d'engrenages américains devraient envisager d'intégrer la crémaillure dans leurs lignes de production pour gagner un avantage concurrentiel en réduction de bruit, précision d'alignement et efficacité globale.