La poussée axiale dans les engrenages hélicoïdaux crée des contraintes inutiles sur les roulements, réduit le rendement et peut entraîner une défaillance prématurée. Cependant, une conception adaptée peut l'éliminer complètement. Cette force latérale est due à la taille oblique des dents de l'engrenage hélicoïdal, ce qui fait qu'une partie du couple moteur pousse l'engrenage le long de son arbre au lieu de simplement le faire tourner.
Engrenages à double hélice et à chevrons
Les engrenages hélicoïdaux doubles éliminent la poussée axiale grâce à deux dentures symétriques formant un V, chaque moitié générant des forces égales et opposées qui s'annulent. Imaginez deux engrenages hélicoïdaux dos à dos, l'un avec des dents à gauche et l'autre avec des dents à droite, usinés sur le même moyeu.
Les moitiés opposées exercent une poussée interne l'une contre l'autre, de sorte que l'engrenage transmet le couple sans créer de force latérale nette sur les roulements. Cela signifie que vous pouvez utiliser des roulements radiaux standard au lieu de butées coûteuses, et même augmenter la angle d'hélice pour un fonctionnement plus fluide sans se soucier des charges de poussée.
Arrangements de paires d'engrenages hélicoïdaux opposés
Il est possible d'annuler la poussée axiale sans recourir à des engrenages doubles hélicoïdaux coûteux en disposant intelligemment des paires d'engrenages simples hélicoïdaux standard avec des sens d'hélice opposés. Cette approche utilise la poussée d'un engrenage pour contrebalancer celle d'un autre, obtenant ainsi un équilibre grâce à la conception du système plutôt qu'à des composants spécialisés.
- Ensembles d'équipement dos à dosMontez deux engrenages hélicoïdaux simples de sens opposé sur le même arbre, l'un à gauche et l'autre à droite transmettant un couple égal. L'engrenage gauche pousse l'arbre dans un sens, tandis que l'engrenage droit le pousse dans le sens opposé, ce qui produit une poussée nette nulle. Ce montage fonctionne comme un engrenage double hélicoïdal, mais utilise des composants hélicoïdaux simples standard, plus économiques et plus faciles à fabriquer.
- Hélice opposée dans les réducteurs à plusieurs étagesAlterner le sens de l'hélice entre les étages afin que la poussée d'un étage de réduction annule celle du suivant. Un arbre intermédiaire peut être équipé d'un engrenage gauche pour le premier étage et d'un engrenage droit pour le second, permettant ainsi à l'arbre de flotter avec une charge axiale minimale. Cette méthode est particulièrement efficace dans les compresseurs multi-étages et les réducteurs de turbines, qui utilisent déjà plusieurs trains d'engrenages.
Utilisation de butées à billes et de roulements à contact oblique
La solution la plus simple consiste souvent à accepter la poussée axiale et à la gérer avec des roulements adaptés : les butées et les roulements à contact oblique sont spécialement conçus pour absorber ces forces latérales. Au lieu d'éliminer la poussée au niveau du réducteur, on installe des roulements capables de supporter en toute sécurité les charges axiales tout au long de la durée de vie du réducteur.
FAQ
Quelle méthode est la plus rentable pour éliminer la poussée axiale ?
Pour la plupart des applications, l'utilisation de butées à billes constitue la solution la plus économique. Les engrenages à double denture hélicoïdale offrent les meilleures performances, mais coûtent nettement plus cher, tandis que les montages opposés conviennent parfaitement aux réducteurs à plusieurs étages utilisant déjà plusieurs trains d'engrenages.
Puis-je éliminer complètement la poussée axiale dans un seul engrenage hélicoïdal ?
Non, un engrenage hélicoïdal simple produit toujours une poussée axiale grâce à ses dents inclinées. Il faut utiliser des engrenages hélicoïdaux doubles, les associer à un engrenage opposé ou installer des butées pour gérer la force.
Quelle force de poussée les engrenages hélicoïdaux génèrent-ils ?
La poussée axiale est égale à la force tangentielle multipliée par la tangente de l'angle d'hélice (F_a = F_t × tan β). Un angle d'hélice de 30 degrés génère une poussée égale à environ 58 % de la force tangentielle.
Pourquoi ne pas simplement utiliser des engrenages droits pour éviter complètement la poussée ?
Les engrenages droits éliminent la poussée, mais sont beaucoup plus bruyants et supportent moins de charge que les engrenages hélicoïdaux. Ces derniers offrent une transmission de puissance plus fluide, une capacité de charge plus élevée et un fonctionnement plus silencieux, autant d'avantages qui compensent généralement les difficultés de gestion de la poussée.
