Les engrenages cylindriques sont des composants fondamentaux des systèmes de transmission de puissance. Ils sont utilisés dans diverses machines et industries pour leur efficacité dans le transfert de mouvement et de couple.
Cet article de blog examinera différents types, conceptions et configurations d'engrenages cylindriques. Nous aborderons des sujets allant des engrenages droits et hélicoïdaux aux profils d'engrenages et aux configurations d'axes.
Qu'est-ce qu'un engrenage cylindrique
Les engrenages cylindriques sont un type de roue dentée utilisé dans les systèmes de transmission de puissance mécanique pour transférer le mouvement de rotation et la force entre des arbres parallèles ou sécants. Les dents des engrenages cylindriques sont taillées ou formées sur la surface cylindrique d'une ébauche d'engrenage, parallèlement à l'axe de rotation.
La structure de base d'un engrenage cylindrique est constituée d'un corps cylindrique ou d'une jante avec des dents régulièrement espacées qui dépassent radialement de sa surface. La jante est généralement montée sur un moyeu central avec un alésage pour fixer l'engrenage à un arbre. Les principaux composants comprennent :
- Dents:Les éléments en saillie qui s'engrènent avec les dents d'un engrenage correspondant pour transmettre la puissance. Les profils des dents sont généralement en développante de cercle, mais peuvent également être cycloïdaux ou avoir d'autres formes.
- Cercle primitif:Cercle imaginaire qui entre en contact avec les cercles primitifs des engrenages appariés au point d'engrènement. Le diamètre primitif est un paramètre de dimensionnement clé.
- Addenda:La distance radiale entre le cercle primitif et le sommet d'une dent.
- Dédendum:La distance radiale entre le cercle primitif et le bas de l'espace entre les dents (racine de la dent).
Types d'engrenages cylindriques
Engrenages cylindriques
Les engrenages droits sont le type d'engrenage cylindrique le plus courant, caractérisé par des dents droites parallèles à l'axe de l'arbre. Ils sont utilisés pour transmettre le mouvement entre des arbres parallèles et peuvent être classés en deux sous-types :
- Engrenages droits externes:Ces engrenages ont des dents sur la surface extérieure du cylindre et constituent le type d'engrenage droit le plus utilisé.
- Engrenages droits internesÉgalement appelées engrenages annulaires, les engrenages cylindriques à denture droite possèdent des dents taillées sur la surface intérieure d'un cylindre. Ils sont fréquemment utilisés dans les systèmes d'engrenages planétaires.
Engrenages hélicoïdaux
Les engrenages hélicoïdaux ont des dents coupées en biais par rapport à l'axe de l'arbre, formant une forme d'hélice. Cette conception permet un fonctionnement plus fluide et plus silencieux par rapport aux engrenages droits. Les engrenages hélicoïdaux sont utilisés pour transmettre le mouvement entre des arbres parallèles ou non parallèles et peuvent supporter des charges et des vitesses plus élevées que les engrenages droits.
Engrenages à double hélice (à chevrons)
Les engrenages à double denture hélicoïdale, également appelés engrenages à chevrons, sont constitués de deux rangées de dents hélicoïdales disposées en V. Cette configuration élimine les efforts axiaux, les forces générées par chaque rangée de dents s'annulant mutuellement. Les engrenages à double denture hélicoïdale sont utilisés dans les applications à forte charge et permettent de transmettre la puissance entre des arbres parallèles.
Engrenages internes
Les engrenages internes, comme mentionné précédemment, sont constitués de dents taillées sur la surface intérieure d'un cylindre. Ils peuvent être conçus avec des dents droites (droites) ou hélicoïdales et sont souvent utilisés dans les systèmes d'engrenages planétaires ou en combinaison avec des engrenages externes pour créer des trains d'engrenages compacts.
Engrenages à vis sans fin
Les engrenages à vis sans fin sont composés d'une vis sans fin (une roue dentée hélicoïdale) qui s'engrène avec une roue dentée. Ils servent à transmettre le mouvement entre des arbres non parallèles et non sécants, généralement à un angle de 90 degrés. Les engrenages à vis sans fin offrent des rapports de réduction élevés et permettent de transmettre une puissance importante dans un espace réduit.
Crémaillère
Un système d'engrenages à crémaillère et pignon se compose d'un engrenage linéaire (crémaillère) qui s'engrène avec un engrenage circulaire (pignon). Cette configuration convertit le mouvement de rotation en mouvement linéaire ou vice versa. Les engrenages à crémaillère et pignon sont couramment utilisés dans les systèmes de direction, les actionneurs linéaires et les machines CNC.
Conception d'engrenages cylindriques
Forme d'engrenage
La forme des dents d'engrenages cylindriques est définie par leur profil, qui peut être :
- Involuté: Le profil de dent le plus courant, les engrenages à développante ont une forme de dent basée sur la courbe à développante. Ce profil offre un fonctionnement fluide, une efficacité élevée et une sensibilité réduite aux erreurs de fabrication et d'assemblage.
- Trochoïde:Les engrenages trochoïdes ont un profil de dent basé sur la courbe trochoïde, qui est générée par un point sur un cercle roulant le long d'une ligne droite. Les engrenages trochoïdes sont moins courants que les engrenages à développante mais offrent certains avantages dans des applications spécifiques.
- Cycloïde:Les engrenages cycloïdes ont un profil de dent basé sur la courbe cycloïde, générée par un point sur un cercle roulant le long d'un autre cercle. Les engrenages cycloïdes sont rarement utilisés dans les applications modernes en raison de leur processus de fabrication complexe et de leur sensibilité aux erreurs.
Module et nombre de dents
Le module d'un engrenage est le rapport entre le diamètre primitif et le nombre de dents. Il représente la taille des dents de l'engrenage et constitue un paramètre essentiel dans la conception des engrenages. Le nombre de dents d'un engrenage, ainsi que le module, déterminent le diamètre primitif et la taille globale de l'engrenage.
Angle de pression
L'angle de pression est l'angle entre la ligne d'action (la ligne le long de laquelle les dents de l'engrenage exercent une force) et la perpendiculaire à la ligne des centres (la ligne reliant les arbres des engrenages). Les angles de pression standard pour les engrenages cylindriques sont de 14.5°, 20° et 25°. Des angles de pression plus élevés permettent d'obtenir des dents plus résistantes, mais augmentent également la charge radiale sur les arbres et les paliers.
Configurations des axes à engrenages
Les engrenages cylindriques peuvent être utilisés dans différentes configurations d'arbre, en fonction des exigences de l'application :
Configurations parallèles
Dans les configurations parallèles, les axes des engrenages sont parallèles entre eux. Les engrenages droits et hélicoïdaux sont couramment utilisés dans les configurations parallèles pour transmettre le mouvement entre les arbres.
Configurations croisées
Les configurations d'intersection impliquent des axes d'engrenage qui se croisent à un certain angle, généralement 90°. Les engrenages coniques, qui ne sont pas des engrenages cylindriques, sont utilisés dans les configurations d'intersection pour transmettre le mouvement entre les arbres.
Configurations non parallèles
Les configurations non parallèles impliquent des axes d'engrenage qui ne sont ni parallèles ni sécants. Les engrenages à vis sans fin et les engrenages hélicoïdaux croisés sont utilisés dans des configurations non parallèles pour transmettre le mouvement entre les arbres à différents angles.
