La force exercée par un engrenage hélicoïdal se décompose en trois composantes principales : la force tangentielle, la force radiale et la force axiale. Ces forces agissent simultanément en fonctionnement, créant des schémas de charge complexes qui distinguent les réducteurs à engrenages hélicoïdaux de leurs homologues à engrenages droits. La force tangentielle assure la transmission du couple. La force radiale écarte les dents de l'engrenage. La force axiale génère une poussée axiale, due à l'angle d'attaque de l'engrenage hélicoïdal.
Force tangentielle (composante circonférentielle)
La force tangentielle est la principale force de travail dans tout réducteur hélicoïdal. Elle agit perpendiculairement au rayon de l'engrenage et crée le couple qui entraîne votre machine.
Cette force est directement liée à la puissance transmise. Un moteur de 100 CV entraînant un engrenage hélicoïdal de 200 mm de diamètre génère une force tangentielle d'environ 14,300 1750 N à XNUMX XNUMX tr/min.
Le calcul est simple :
Ft = 2T/d
Où T est le couple et d est le diamètre primitif.
La force tangentielle détermine la résistance requise des dents de vos engrenages. Les engrenages hélicoïdaux industriels standard supportent des forces tangentielles allant de 1,000 50,000 N pour les applications légères à plus de XNUMX XNUMX N pour les transmissions industrielles lourdes. La force reste constante quel que soit l'angle d'hélice, ce qui en fait le composant le plus prévisible de vos calculs de conception.
Force radiale (composante de séparation)
La force radiale écarte les engrenages, agissant directement vers leur centre. Dans un réducteur hélicoïdal, cette force représente généralement 35 à 40 % de la force tangentielle.
Pour un angle de pression standard de 20 degrés, la force radiale :
Fr = Ft × tan(20°) = 0.364 × Ft.
Un engrenage hélicoïdal transmettant 10,000 3,640 N de force tangentielle crée environ XNUMX XNUMX N de charge radiale sur les roulements.
La force radiale accroît la flèche de l'arbre. Un arbre de 50 mm de diamètre soumis à une charge radiale de 5 000 N fléchit d'environ 0.05 mm sur une portée de 200 mm. Cette flèche affecte l'alignement des engrenages et peut réduire le rendement de 2 à 3 % si elle n'est pas correctement maîtrisée.
Force axiale (composante de poussée)
La force axiale est une caractéristique propre aux engrenages hélicoïdaux et spiralés. Elle agit parallèlement à l'axe de l'engrenage, créant une poussée qui doit être correctement supportée.
L'ampleur dépend de votre angle d'hélice :
Fa = Ft × tan(β)
Où β est l'angle d'hélice.
Un angle d'hélice typique de 15 degrés génère une force axiale égale à 27 % de la force tangentielle. Augmenter l'angle d'hélice à 30 degrés double cette force, la portant à 58 %. La plupart des réducteurs hélicoïdaux industriels utilisent des angles d'hélice de 15 à 25 degrés pour assurer un fonctionnement fluide et des charges de poussée maîtrisées.
