L'angle d'engrenage, un concept fondamental dans la conception des engrenages, détermine l'efficacité et les performances des systèmes à engrenages. Ce paramètre influence la direction des forces transmises entre les engrenages appariés, affectant leur capacité de charge et leur souplesse de fonctionnement.
Qu'est-ce que l'angle d'engrenage
Angle de vitesse, également connu sous le nom de angle de pression, est un paramètre essentiel dans la conception et le fonctionnement des engrenages. Il désigne l'angle formé par la ligne d'action (ou ligne de pression) avec l'axe de la dent de l'engrenage au niveau du cercle primitif. L'angle de pression détermine la direction de la force transmise entre deux engrenages engrenés et influence divers aspects de leurs performances, notamment la capacité de charge, le rendement et le niveau sonore.
Dans les engrenages droits, l'angle de pression est mesuré dans le plan transversal, qui est perpendiculaire aux axes de l'engrenage. Les angles de pression les plus courants pour les engrenages standard sont de 14.5°, 20° et 25°, 20° étant le plus utilisé.
L'angle de pression affecte le profil des dents des engrenages appariés. Un angle de pression plus élevé entraîne des bases de dents plus épaisses et un rapport de contact plus faible, qui correspond au nombre moyen de dents en contact pendant l'engrènement. Inversement, un angle de pression plus faible entraîne des bases de dents plus fines et un rapport de contact plus élevé.
Dans les engrenages hélicoïdaux, où les dents sont taillées à un angle par rapport à l'axe de l'engrenage, l'angle de pression est défini dans deux plans : le plan normal (perpendiculaire à la surface de la dent) et le plan transversal (perpendiculaire à l'axe de l'engrenage). L'angle de pression normal est l'angle entre la ligne d'action et la normale à la surface de la dent, tandis que l'angle de pression transversal est sa projection sur le plan transversal. La relation entre les angles de pression normal et transversal dépend de la angle d'hélice de l'engrenage.
Le choix de l'angle de pression a un impact sur divers aspects de la conception et des performances des engrenages. Les angles de pression plus élevés offrent généralement une capacité de charge accrue et des vitesses de glissement des dents réduites, ce qui les rend adaptés aux applications à charge élevée. Cependant, ils entraînent également des charges radiales plus élevées sur les roulements et peuvent générer plus de bruit. Les angles de pression plus faibles offrent un fonctionnement plus fluide et des niveaux de bruit plus faibles, mais ont une capacité de charge réduite.
Types d'angles d'engrenage
Angle du profil
L'angle de profil, également appelé angle de profil de dent, désigne l'angle formé par le profil de la dent par rapport à l'axe de l'engrenage. Dans les engrenages à développante de cercle, les plus courants, le profil de la dent suit une courbe développante de cercle. L'angle de profil affecte le rapport de contact, qui correspond au nombre moyen de dents en contact pendant le fonctionnement. maille d'engrenageUn angle de profil plus élevé entraîne un rapport de contact plus faible, tandis qu'un angle de profil plus faible augmente le rapport de contact.
Angle de pression
L'angle de pression est un paramètre fondamental dans la conception des engrenages qui définit l'angle entre la ligne d'action (le chemin le long duquel les dents de l'engrenage transmettent la force) et la perpendiculaire à la ligne joignant les centres des engrenages appariés. L'angle de pression influence l'épaisseur des dents, la hauteur des dents et la taille du cercle de base. Les engrenages avec des angles de pression plus élevés ont des dents plus épaisses à la base, ce qui les rend plus solides et plus résistants aux contraintes de flexion.
Angle de pression transversale
Dans les engrenages cylindriques, tels que les engrenages droits et hélicoïdaux, l'angle de pression transversal est l'angle de pression mesuré dans le plan perpendiculaire à l'axe de l'engrenage. Il s'agit de l'angle utilisé pour calculer les dimensions de l'engrenage et les spécifications de l'outil de coupe. L'angle de pression transversal détermine le profil de la dent dans le plan transversal et affecte le diamètre primitif de l'engrenage, le diamètre du cercle de base et l'épaisseur de la dent.
Angle de pression normal
L'angle de pression normal est l'angle de pression mesuré dans le plan normal à la surface de la dent au point de pas. Dans les engrenages droits, l'angle de pression normal est égal à l'angle de pression transversal. Cependant, dans les engrenages hélicoïdaux, l'angle de pression normal est inférieur à l'angle de pression transversal en raison de l'angle d'hélice des dents. L'angle de pression normal est utilisé pour calculer le pas normal, l'épaisseur normale des dents et le pas normal de la base dans les engrenages hélicoïdaux.
Quel est l'angle de pression d'engrenage idéal ?
Les angles de pression les plus couramment utilisés dans les engrenages standards sont de 20° et 25°.
Les engrenages à angle de pression de 20° sont largement utilisés dans diverses industries en raison de leurs caractéristiques de performance équilibrées. Ils offrent une bonne résistance des dents, une action de glissement réduite entre les dents correspondantes et un rapport de contact modéré.
Ces dernières années, les engrenages à angle de pression de 25° ont gagné en popularité en raison de la résistance accrue de leurs dents et de leur capacité de charge. L'angle de pression plus élevé se traduit par des bases de dents plus épaisses, ce qui permet aux engrenages de résister à des contraintes plus élevées et de transmettre des charges plus importantes. Les engrenages à angle de pression de 25° présentent également une action de glissement réduite et une efficacité améliorée par rapport aux engrenages à angle de pression de 14.5°.
Comment vérifier l'angle d'engrenage
Une méthode courante pour vérifier l'angle de pression des engrenages droits consiste à utiliser un pied à coulisse. Cet outil spécialisé mesure l'épaisseur des dents à une profondeur spécifique, qui peut ensuite être utilisée pour calculer l'angle de pression. La mesure est prise au niveau du cercle primitif, là où les dents de l'engrenage s'engrènent avec l'engrenage correspondant. En comparant la valeur mesurée à l'angle de pression spécifié, les ingénieurs peuvent déterminer si l'engrenage respecte les tolérances requises.
Pour les engrenages hélicoïdaux, il est essentiel de vérifier l'angle d'hélice. Cela peut être fait à l'aide d'une jauge d'angle d'hélice, qui est un instrument de précision qui mesure l'angle des dents de l'engrenage par rapport à l'axe de l'engrenage. La jauge est placée sur les dents de l'engrenage et l'angle est lu directement à partir de l'instrument. Alternativement, des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) peuvent être utilisées pour des mesures plus précises de l'angle d'hélice et de l'angle de pression normal dans les engrenages hélicoïdaux.
Applications des angles d'engrenage
Conception d'équipement
Lors de la conception des engrenages, les ingénieurs doivent tenir compte de l'angle de pression, qui est l'angle entre la ligne d'action (la direction de la force) et la perpendiculaire à la ligne reliant les centres des engrenages appariés. Le choix de l'angle de pression affecte l'épaisseur des dents, le rapport de contact et la capacité des engrenages à s'engrèner correctement. Un angle de pression plus grand entraîne des dents plus épaisses à la base, ce qui augmente leur résistance et leur capacité de charge. Cependant, il réduit également le rapport de contact, ce qui peut entraîner une augmentation du bruit et des vibrations.
L'angle du profil, également appelé angle du profil de la dent, est un autre facteur crucial dans la conception des engrenages. Il s'agit de l'angle entre le profil de la dent et la ligne perpendiculaire au cercle primitif. Le profil de dent le plus couramment utilisé est la courbe en développante, qui est générée par un point sur une ligne droite qui roule le long d'un cercle de base. Le profil en développante assure une action douce et continue entre les dents correspondantes, minimisant les interférences et améliorant l'efficacité.
De transmission de puissance
L'efficacité de la transmission de puissance dans les systèmes à engrenages dépend en grande partie du choix approprié des angles d'engrenage. Un angle de pression plus élevé permet une meilleure transmission du couple, car les dents sont mieux équipées pour supporter la charge accrue.
Outre l'angle de pression, l'angle d'hélice des engrenages hélicoïdaux influence également la transmission de puissance. Les engrenages hélicoïdaux, dont les dents sont inclinées par rapport à l'axe de l'engrenage, offrent plusieurs avantages par rapport aux engrenages droits. Ils assurent un fonctionnement plus souple et plus silencieux, ainsi qu'une capacité de charge accrue grâce à l'engagement progressif des dents. L'angle d'hélice, ainsi que l'angle de pression normal (l'angle de pression mesuré dans le plan perpendiculaire aux dents de l'engrenage), déterminent l'efficacité de la transmission de puissance dans les engrenages hélicoïdaux.
Réduction de l'usure et du bruit
La réduction de l'usure et du bruit dans les systèmes à engrenages est une préoccupation essentielle dans de nombreuses applications, en particulier dans les machines à grande vitesse ou de haute précision. Le choix d'angles d'engrenage appropriés peut contribuer de manière significative à réduire ces problèmes. Un angle de pression plus élevé, par exemple, entraîne un rapport de contact plus faible, ce qui peut entraîner une augmentation du bruit et des vibrations. D'un autre côté, un angle de pression plus faible fournit un rapport de contact plus élevé, ce qui permet un engagement plus fluide entre les dents d'accouplement et réduit les forces d'impact qui provoquent le bruit et l'usure.
L'angle du profil joue également un rôle dans la réduction de l'usure et du bruit. Un profil de dent à développante, qui est le profil le plus couramment utilisé dans les engrenages, permet de minimiser le frottement de glissement entre les dents correspondantes. Cela réduit l'usure et la génération de chaleur, prolongeant ainsi la durée de vie des engrenages et améliorant l'efficacité globale du système. De plus, le profil à développante favorise un rapport de vitesse constant entre les engrenages menant et mené, contribuant ainsi à un fonctionnement fluide et silencieux.
