La poussée axiale des engrenages hélicoïdaux se produit parce que les dents sont taillées en biais par rapport à l'arbre, créant une force qui pousse l'engrenage latéralement le long de son axe. Lorsque deux engrenages hélicoïdaux s'engrènent, les dents inclinées agissent comme une rampe ou un filetage, redirigeant une partie de la force de rotation vers une poussée latérale.
Ceci est complètement différent des engrenages droits à denture droite. Dans les engrenages droits, toutes les forces restent dans le plan de l'engrenage ; il n'y a aucune poussée latérale.
Le mécanisme est simple. Lorsque les dents d'un engrenage hélicoïdal s'engrènent, la force de contact entre elles agit perpendiculairement à la surface de la dent. Puisque la surface de la dent est inclinée à angle d'hélice, cette force se divise en trois composantes : tangentielle (qui entraîne la rotation), radiale (qui écarte les engrenages) et axiale (qui crée la poussée le long de l'arbre).
La poussée axiale exacte peut être calculée à l'aide d'une formule simple : Fa = Ft × tan(β), où Ft est la force tangentielle et β l'angle d'hélice. Plus l'angle d'hélice est grand, plus la poussée axiale est forte.
Facteurs de conception influençant la poussée axiale
- Angle d'héliceL'angle d'hélice est le facteur le plus important pour déterminer la poussée axiale. Des angles plus grands créent une poussée plus importante, car Fa = Ft × tan(β). La plupart des concepteurs limitent les angles d'hélice à 45 degrés ou moins, car au-delà, les forces de poussée deviennent excessives. Les angles courants varient de 15 à 30 degrés, permettant un fonctionnement fluide et des charges de poussée maîtrisées.
- Engrenages hélicoïdaux simples ou doublesLes engrenages hélicoïdaux simples créent une poussée déséquilibrée qui doit être supportée par des roulements. Les engrenages à double denture (à chevrons) éliminent totalement ce problème grâce à deux jeux de dents opposées qui génèrent des forces de poussée égales et opposées, s'annulant mutuellement. Cette conception astucieuse transmet le couple sans poussée axiale nette, éliminant ainsi le recours à des butées coûteuses.
- Aiguille d'engrenage et appariementLes engrenages hélicoïdaux existent en versions à gauche et à droite, selon l'inclinaison des dents. Les engrenages engrenés sur des arbres parallèles doivent avoir des aiguilles opposées : une à gauche, une à droite. Chaque engrenage subit une poussée en sens inverse. Ainsi, même si le système est globalement équilibré, chaque engrenage individuel a toujours besoin d'une poussée. L'inversion du sens de rotation inverse également le sens de poussée, ce qui est important pour les applications bidirectionnelles.
- Sélection des roulements et montage des engrenagesLa poussée axiale des engrenages hélicoïdaux exige des montages de roulements spécifiques. Des butées ou des roulements à contact oblique spécialement conçus pour supporter les charges axiales sont nécessaires. Ces roulements sont généralement plus grands et plus coûteux que ceux des engrenages droits. L'arbre peut également comporter des épaulements ou des brides pour absorber les forces de poussée, notamment dans les applications à fortes charges.
FAQ
Pouvez-vous éliminer complètement la poussée axiale dans les engrenages hélicoïdaux ?
Oui, en utilisant une double hélice ou engrenages à chevronsCes conceptions comportent deux ensembles de dents inclinés dans des directions opposées sur le même engrenage, créant des forces de poussée égales et opposées qui s'annulent complètement.
Comment la charge affecte-t-elle la poussée axiale ?
La poussée axiale augmente proportionnellement à la charge transmise. Si l'on double le couple transmis par les engrenages, on double la poussée axiale. Le rapport de poussée reste constant (déterminé par l'angle d'hélice), mais la force absolue augmente avec la charge.
Que se passe-t-il si vous inversez la rotation d'un engrenage hélicoïdal ?
L'inversion du sens de rotation inverse la poussée axiale. Un engrenage poussé vers la droite sera désormais poussé vers la gauche. C'est pourquoi les applications bidirectionnelles nécessitent des roulements capables de supporter la poussée dans les deux sens.
