Dans le domaine des engrenages, l'angle d'attaque est un paramètre essentiel qui influence les performances, l'efficacité et les applications d'un engrenage. La compréhension de l'angle d'attaque est essentielle pour les ingénieurs et les techniciens travaillant avec différents types d'engrenages, des simples engrenages droits aux conceptions hélicoïdales et à chevrons plus complexes.
Cet article explore la notion d'angle d'hélice, en présentant sa définition, sa formule de calcul et sa relation avec l'angle d'hélice. Nous examinerons également différents types d'engrenages en fonction de leur angle d'hélice, notamment les engrenages droits (angle d'hélice nul), les engrenages hélicoïdaux (angle d'hélice non nul), les différences entre les engrenages hélicoïdaux à denture droite et à denture gauche, ainsi que les engrenages à double hélice ou à chevrons.
Qu'est-ce que l'angle d'attaque
L'angle d'hélice (ou angle de pas), noté Ψ (psi), est l'angle entre la ligne d'action de la force exercée sur les dents de l'engrenage et un plan perpendiculaire à l'axe primitif de celui-ci. Autrement dit, l'angle d'hélice est l'angle que forment les dents d'une roue dentée hélicoïdale avec l'axe primitif de celle-ci. Il est mesuré dans un plan contenant l'axe primitif et un point du cercle primitif.
L'angle d'hélice résulte de l'angle de pas, qui est l'angle entre l'hélice (la dent) et l'axe de la roue dentée. L'angle de pas est noté β. L'angle d'hélice et l'angle de pas sont liés, et leur relation dépend du diamètre primitif de la roue dentée.
Formule de calcul de l'angle d'attaque
La formule de l'angle d'hélice relie l'angle d'hélice à l'angle d'hélice et à l'angle de pression normale :
tan(Ψ) = tan(β) × cos(α)
Où? :
- Ψ est l'angle d'attaque
- β est l'angle d'hélice
- α est l'angle de pression normal (généralement 20° ou 25°).
Pour trouver l'angle d'attaque, vous devez connaître l'angle d'hélice et l'angle de pression normal. L'angle d'hélice est déterminé par la conception de l'engrenage et peut être calculé à l'aide du diamètre primitif et de l'attaque (pas axial) de l'engrenage.
Relation entre l'angle d'attaque et l'angle d'hélice
L'angle d'attaque et l'angle d'hélice sont liés, mais ils ne sont pas identiques. L'angle d'hélice est l'angle entre la trace de la dent et un plan perpendiculaire à l'axe de l'engrenage, tandis que l'angle d'attaque est l'angle entre la ligne d'action et un plan perpendiculaire à l'axe de l'engrenage.
La relation entre l'angle d'attaque et l'angle d'hélice est donnée par :
tan(Ψ) = tan(β) × cos(α)
Cela signifie que pour un angle d'hélice donné, l'angle d'attaque sera inférieur à l'angle d'hélice. La différence entre les deux angles dépend de l'angle de pression normal.
Types d'engrenages en fonction de l'angle d'attaque
Engrenages droits (angle d'attaque nul)
Les engrenages droits ont des dents parallèles à l'axe de l'engrenage, ce qui entraîne un angle d'attaque nul. Il s'agit du type d'engrenage le plus simple et il est utilisé pour transmettre la puissance entre des arbres parallèles. Les engrenages droits n'ont pas de composante de charge axiale, ce qui signifie qu'ils ne transmettent que des charges radiales.
Engrenages hélicoïdaux (angle d'attaque non nul)
Les engrenages hélicoïdaux ont des dents inclinées par rapport à l'axe de l'engrenage, ce qui entraîne un angle d'attaque non nul. Les dents forment une hélice autour de la circonférence de l'engrenage.
Engrenages hélicoïdaux à droite et à gauche
Les engrenages hélicoïdaux peuvent être classés comme à droite ou à gauche en fonction de la direction de l'hélice. Un engrenage hélicoïdal à droite a des dents qui tournent dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'elles sont vues de face, tandis qu'un engrenage hélicoïdal à gauche a des dents qui tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Le sens de rotation de l'engrenage détermine la direction de la charge axiale. Les engrenages hélicoïdaux à droite génèrent des charges axiales dans la direction de l'axe de l'engrenage, tandis que les engrenages hélicoïdaux à gauche génèrent des charges axiales opposées à la direction de l'axe de l'engrenage.
Engrenages à double hélice (engrenages à chevrons)
Les engrenages à double hélice, également appelés engrenages à chevrons, possèdent deux jeux de dents hélicoïdales qui sont en miroir autour du plan médian de l'engrenage. Un jeu de dents est à droite, tandis que l'autre est à gauche. Les angles d'hélice opposés annulent les charges axiales, ce qui permet d'obtenir un engrenage capable de transmettre des couples plus élevés sans générer de charges de poussée.
Engrenages à vis sans fin (à angle d'avance et autobloquants)
Une roue à vis sans fin est essentiellement une roue hélicoïdale dont l'angle d'hélice est si important qu'une ou plusieurs dents s'enroulent en continu autour de l'arbre, formant ainsi un filetage. L'un des éléments étant une vis, l'angle d'hélice détermine de manière unique si la transmission peut être inversée.
Les vis sans fin industrielles utilisent généralement des angles d'hélice standard compris entre 2° et 25°, limités par les contraintes de fabrication. L'autoblocage se produit lorsque l'angle d'hélice est inférieur ou égal à arctan(μ) ; pour une vis sans fin en acier montée sur une roue en bronze (μ statique ≈ 0.145), ce seuil se situe aux alentours de 5°–6°.
En dessous de cette valeur, la sortie ne peut pas entraîner l'entrée ; c'est pourquoi les réducteurs à vis sans fin (notamment les réducteurs de la série NMRV) sont préconisés pour les palans, les vérins à vis et les motorisations de portail qui doivent maintenir une charge sans frein. Le compromis : les faibles angles d'hélice peuvent faire chuter le rendement en dessous de 50 %, tandis que les angles supérieurs à 10° atteignent plus de 90 %, mais perdent le verrouillage automatique.
