Des mesures imprécises des engrenages coniques entraînent de mauvaises performances, des pannes prématurées et des retouches coûteuses dans les applications de machines. Des dimensions imprécises et des écarts par rapport aux normes d'engrenages entraînent un fonctionnement bruyant, une réduction de l'efficacité de la transmission de puissance et des problèmes d'alignement qui peuvent entraîner l'arrêt des lignes de production.
Cet article examine en profondeur les dimensions clés à mesurer, les normes d'engrenages pertinentes à suivre et les méthodes de mesure à utiliser pour la métrologie des engrenages coniques de précision.
Dimensions et angles clés des engrenages coniques
Les engrenages coniques sont des composants mécaniques complexes caractérisés par une gamme de dimensions et d'angles critiques.
A. Examen détaillé des dimensions de base
Plusieurs dimensions clés définissent la géométrie globale et la taille d'un engrenage conique :
- Diamètre de pas:Ce diamètre est mesuré à l'extrémité du talon des dents de l'engrenage conique. Il représente la taille effective de l'engrenage et constitue un paramètre fondamental pour les calculs et la conception des engrenages.
- Angle de cône de pasL'angle primitif du cône décrit l'angle formé par ce cône par rapport à l'axe de la roue dentée. Il définit l'orientation des dents et détermine l'engrènement de la roue avec son pignon.
- Addenda et dedendum:L'addendum est la hauteur de la dent de l'engrenage au-dessus du cône primitif, tandis que le creux est la profondeur en dessous de celui-ci. Ensemble, ils définissent la profondeur totale de la dent. L'addendum et le creux sont généralement spécifiés proportionnellement au module de l'engrenage.
- Largeur frontale: La largeur de face fait référence à la taille de la dent de l'engrenage mesurée le long de la génératrice du cône primitif, du talon à la pointe. Elle affecte la résistance et la capacité de charge des dents de l'engrenage. Des largeurs de face plus larges permettent généralement une meilleure transmission du couple.
- Distance du cône:La distance du cône représente la longueur entre le sommet du cône primitif et la face médiane de l'engrenage conique. Il s'agit d'une dimension clé pour le positionnement de l'engrenage par rapport à son pignon d'accouplement lors de l'assemblage.
- Distance au sommet: La distance au sommet mesure le décalage entre l'axe de l'engrenage et le sommet du cône de pas. Elle permet de localiser le point théorique d'engrènement entre les engrenages.
B. Angles essentiels des engrenages coniques
En plus des dimensions linéaires, plusieurs angles sont essentiels pour définir la géométrie d'un engrenage conique :
- Angle de face: L'angle entre la génératrice du cône de face et l'axe de l'engrenage. Il détermine l'angle des extrémités extérieures des dents de l'engrenage par rapport à l'axe de rotation.
- Angle de bord:Mesuré entre la génératrice du cône extérieur et l'axe de l'engrenage, l'angle du bord définit la pente des extrémités intérieures des dents les plus proches du sommet.
- Angle de l'addenda:Il s'agit de l'équivalent angulaire de l'addenda, définissant la hauteur de la dent en termes angulaires depuis l'angle de la face jusqu'au bord extérieur.
- Angle de dendum:De même, l'angle de creux mesure la profondeur angulaire de la dent depuis la ligne de pas jusqu'à la racine de la dent.
C. Contrecoup
Le jeu fait référence au jeu entre les dents de deux engrenages engrenés. Un certain jeu est nécessaire pour s'adapter à la lubrification, aux tolérances de fabrication et à la dilatation thermique. Cependant, un jeu excessif peut provoquer du bruit, des vibrations et un positionnement imprécis. Le jeu est généralement mesuré au point le plus serré de l'engrènement à l'aide d'outils dédiés ou en évaluant le jeu angulaire avec les engrenages maintenus fixes.
D. Module
Le module d'un engrenage est une unité normalisée qui indique la taille des dents. Il est défini comme le rapport entre le diamètre primitif et le nombre de dents. Dans les engrenages coniques, le module est généralement spécifié à l'extrémité du talon à des fins de fabrication. Les numéros de module plus élevés correspondent à des dents plus grosses et plus grossières, tandis que les engrenages à pas plus fins ont des modules plus petits.
Mesurer les engrenages coniques étape par étape
Étape 1 : Rassemblez les outils et l’équipement nécessaires
Pour mesurer avec précision les engrenages coniques, vous aurez besoin des outils suivants :
- Pied à coulisse ou micromètre pour mesurer l'épaisseur, la profondeur et le diamètre primitif des dents
- Rapporteur d'angle pour mesurer les angles de pas et de racine
- Pied à coulisse à vernier pour mesurer l'épaisseur des dents à une profondeur spécifique
- Plaque de surface et jauge de hauteur pour vérifier le faux-rond des engrenages et la distance de montage
Étape 2 : Mesurer le diamètre du pas
Pour mesurer le diamètre primitif :
- Placez l'engrenage conique sur une plaque de surface avec la face arrière vers le bas.
- Positionnez la jauge de hauteur perpendiculairement à la plaque de surface et alignez sa pointe de mesure avec la ligne de pas sur le flanc d'une dent d'engrenage.
- Mettez la jauge de hauteur à zéro à cette position.
- Faites pivoter l'engrenage de 180 degrés et mesurez la hauteur au niveau de la ligne de pas correspondante sur le flanc de la dent opposé.
- Le diamètre primitif est calculé en additionnant les deux mesures de hauteur.
Répétez ce processus sur plusieurs dents autour de l’engrenage pour assurer la cohérence et vérifier les problèmes potentiels de faux-rond.
Étape 3 : Mesurer l’épaisseur des dents
Pour mesurer l’épaisseur des dents :
- Utilisez un pied à coulisse à dents d'engrenage positionné sur la ligne de pas.
- Mesurez l'épaisseur d'une dent au niveau de la ligne primitive, en prenant soin de ne pas endommager le profil de la dent.
- Répétez cette mesure sur plusieurs dents autour de l’engrenage, en notant les variations.
Alternativement, un pied à coulisse standard ou un micromètre peut être utilisé pour mesurer l'épaisseur de la corde à la base de la dent.
Étape 4 : Mesurer la pression et les angles d'enracinement
Pour mesurer ces angles :
- Placez le rapporteur d'angle sur le cône primitif de l'engrenage, en alignant son bord avec le flanc d'une dent.
- Lisez directement l'angle de pression sur l'échelle du rapporteur au point de tangence avec le profil de la dent.
- Repositionnez le rapporteur pour l’aligner avec la ligne radiculaire de la dent afin de mesurer l’angle radiculaire.
Vérifiez que les angles mesurés correspondent aux paramètres de conception d’engrenage spécifiés.
Étape 5 : Inspecter le faux-rond de l'engrenage
Le faux-rond d'un engrenage fait référence à la variation de la géométrie de l'engrenage lorsqu'il tourne autour de son axe. Pour vérifier le faux-rond :
- Montez l'engrenage conique sur un mandrin ou un arbre soutenu par des blocs en V sur une plaque de surface.
- Positionnez un indicateur à cadran avec sa sonde en contact avec la face arrière de l'engrenage près du diamètre extérieur.
- Faites tourner lentement l'engrenage en notant la lecture de l'indicateur total (TIR) sur le cadran.
- Comparez le TIR mesuré à la tolérance spécifiée pour le faux-rond.
Répétez ce processus sur la face avant de l’engrenage et au niveau du diamètre primitif pour évaluer complètement le faux-rond de l’engrenage.
Étape 6 : Vérifiez la distance de montage
La distance de montage correspond à la position axiale de l'engrenage conique par rapport à son engrenage correspondant. Pour vérifier la distance de montage :
- Placez l'engrenage conique sur une plaque de surface avec sa face avant vers le bas.
- Utilisez une jauge de hauteur pour mesurer la distance entre la plaque de surface et la face arrière de l'engrenage au rayon de distance de montage spécifié.
- Comparez cette mesure à la distance de montage conçue pour l’engrenage.
Considérations spécifiques pour différents types d'engrenages coniques
A. Engrenages coniques droits
Les engrenages coniques droits présentent des dents droites et coniques. Lors de la mesure des engrenages coniques droits, faites très attention aux paramètres suivants :
- Diamètre primitif : mesurez le diamètre primitif à la distance du cône arrière. C'est à cet endroit que l'engrenage s'engrène avec son pignon d'accouplement. Utilisez un pied à coulisse ou un micromètre pour des mesures précises.
- Épaisseur de dent : Contrôlez l'épaisseur de dent au niveau de la section normale. Elle est mesurée au niveau du cercle primitif standard. Un vernier à denture d'engrenage est l'outil privilégié pour cette mesure.
- Distance du cône arrière : il s'agit de la distance entre le centre du cône et la face arrière de l'engrenage. Il s'agit d'une dimension critique qui affecte l'alignement de l'engrenage. Mesurez-la à l'aide d'un micromètre de profondeur ou d'une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT).
- Angle de face : l'angle formé par le cône primitif avec la face arrière de l'engrenage est l'angle de face. Il peut être mesuré à l'aide d'un rapporteur d'angle ou sur une MMT. Vérifiez qu'il correspond à l'angle de conception spécifié.
B. Engrenages coniques à denture hélicoïdale
Les engrenages coniques hélicoïdaux ont des dents courbées qui sont positionnées le long de lignes diagonales sur la surface du cône. Les dimensions clés à vérifier pour les engrenages coniques hélicoïdaux sont les suivantes :
- Angle moyen de la spirale : il s'agit de l'angle entre la trace de la dent et un élément du cône primitif qui passe par le milieu de la trace de la dent. Il est mesuré à la distance moyenne du cône. Utilisez une machine d'essai d'engrenages coniques en spirale équipée d'une tête de division pour des mesures fiables.
- Angle de pression : L'angle de pression dans un engrenage conique hélicoïdal est mesuré au point moyen. Il est défini comme l'angle entre une ligne normale à la surface de la dent et un plan tangent à la surface du pas. Un outillage spécial sur une machine de mesure d'engrenages est nécessaire pour évaluer avec précision l'angle de pression.
- Distance entre le sommet du pas et la couronne : il s'agit de la distance dans le plan axial entre le sommet du pas et la couronne dentée. La couronne dentée est la plus grande des deux roues coniques hélicoïdales correspondantes. Une mesure directe peut être effectuée à l'aide d'un micromètre de profondeur.
C. Engrenages coniques hypoïdes et à zéro
Les engrenages coniques hypoïdes et Zerol sont des types spéciaux d'engrenages coniques hélicoïdaux. Les engrenages hypoïdes présentent un décalage entre les axes du pignon et de l'engrenage, tandis que les engrenages Zerol présentent un décalage nul. Lors de la mesure de ces types d'engrenages, concentrez-vous sur :
- Distance entre le sommet et la couronne : comme pour les engrenages coniques hélicoïdaux, cette dimension est essentielle pour un assemblage et un fonctionnement corrects. Utilisez une jauge de profondeur pour mesurer la distance entre l'extrémité du talon de la dent et le sommet du pas.
- Décalage : pour les engrenages hypoïdes, l'axe du pignon est décalé au-dessus ou au-dessous de l'axe de l'engrenage. Ce décalage affecte le contact des dents et doit être soigneusement contrôlé. Il peut être mesuré à l'aide d'une machine d'essai d'engrenages hypoïdes qui simule les positions de fonctionnement de l'engrenage et du pignon.
- Angle de spirale : les engrenages hypoïdes et Zerol ont des dents courbées en spirale. L'angle de spirale est défini au point moyen pour ces types d'engrenages. Comme pour les engrenages coniques hélicoïdaux, utilisez un testeur d'engrenages coniques hélicoïdaux avec une tête de division pour mesurer ce paramètre.
