Qu’est-ce qu’un engrenage conique ?
Les engrenages coniques sont des engrenages dont les dents sont taillées sur des surfaces coniques et dont chaque axe est incliné au lieu d’être parallèle à l’autre. Ils permettent la transmission de la puissance en changeant la direction de l’axe de rotation.
Ils sont appelés engrenages coniques parce qu’ils ressemblent à des parapluies. Selon la forme des dents, ils sont classés en engrenages coniques droits, engrenages coniques en spirale, engrenages coniques hélicoïdaux, engrenages coniques Zérol et engrenages hypoïdes.
Les matériaux utilisés pour les engrenages coniques comprennent l’acier au carbone pour les structures de machines, tel que le S45C, l’acier allié pour les structures de machines, l’acier laminé pour les structures générales, tel que le SS400, la fonte, l’acier inoxydable, les métaux non ferreux, le nylon MC et le Duracon.
Utilisations des engrenages coniques
Les engrenages coniques transmettent la puissance en changeant la direction de l’arbre en rotation. Dans le cas des engrenages coniques à roues droites, spirales et hélicoïdales, les axes de rotation des deux roues se croisent. L’angle d’intersection est généralement de 90° mais il peut être aigu ou obtus. Les engrenages dont les axes ne se croisent pas sont appelés engrenages hypoïdes.
Les moulins à café manuels, les mixeurs et les perceuses en sont des exemples familiers. Ils sont également utilisés dans les engrenages différentiels dans le secteur automobile, ainsi que dans les machines-outils et les machines d’imprimerie. Ils sont particulièrement utiles dans l’équipement différentiel.
Les engrenages hypoïdes diffèrent des engrenages coniques en spirale dans le sens où plusieurs dents s’engrènent simultanément et que s’opère un glissement des dents. Cela leur permet de supporter un couple élevé et de produire peu de bruit. Les engrenages hypoïdes sont souvent utilisés pour l’entraînement des automobiles et des trains.
Principe des engrenages coniques
Les engrenages coniques possèdent des surfaces coniques primitives en contact les unes avec les autres sans glisser. Les engrenages sont déterminés par le module, le nombre de dents, le rapport de réduction, le matériau, le traitement de surface, la forme du trou de l’arbre, le diamètre de l’arbre et la précision.
Les engrenages coniques droits ont une denture droite et sont relativement faciles à fabriquer. Des rapports de réduction allant jusqu’à environ 1:5 sont possibles. Si aucun engrenage n’est spécifié, ils sont généralement utilisés pour la transmission de puissance.
Les engrenages coniques hélicoïdaux se caractérisent par une trace de dent courbe. Ils présentent les avantages d’une grande résistance, d’une rotation silencieuse et d’un rendement élevé en raison de la grande surface par dent. Les engrenages coniques Zérol sont des engrenages coniques spiralés dont la torsion transversale sur l’arbre est approximativement nulle, et qui présentent les caractéristiques à la fois des engrenages coniques immédiats et des engrenages coniques spiralés.
Bien que les engrenages puissent transmettre avec précision la puissance et le mouvement, ils sont en principe bruyants. Pour réduire le bruit, il est nécessaire de prendre des mesures telles qu’un jeu correct, l’augmentation du rapport d’engrènement, la réduction du profil des dents, l’utilisation d’engrenages en plastique et une lubrification adéquate.
Pour améliorer le contact entre les dents, un renflement approprié peut être ajouté dans la direction des flancs de la dent. C’est ce qu’on appelle couronnement (crowning).
Choix des engrenages coniques
Lors de la sélection des engrenages coniques, il convient d’accorder une attention particulière à la résistance de la dent et à la charge admissible sur sa surface. La résistance à la flexion d’une dent est la force circonférentielle admissible de la dent calculée à partir de la résistance de la base de la dent pendant la transmission de l’engagement. Elle augmente avec la taille du module de la dent.
La charge de surface admissible de la dent est la force périphérique spécifiée pour empêcher la formation progressive de piqûres. La plus petite des deux forces circonférentielles est multipliée par le rayon du cercle primitif de l’engrenage pour obtenir le couple admissible de l’engrenage. Cette valeur doit être choisie de manière à ce qu’elle soit supérieure au couple de conception effectivement utilisé. Les caractéristiques de chaque engrenage sont décrites dans les données techniques du fabricant.
Certains fabricants fournissent également une liste d’engrenages qui répondent à leurs exigences en saisissant les conditions d’utilisation sur leur site web. Cette liste est utile pour affiner les spécifications à partir de conditions générales.
Autres informations sur les engrenages coniques
Conception des engrenages coniques
Lors de la conception des engrenages coniques, il est important de déterminer provisoirement le rapport de réduction et l’angle de l’arbre et de vérifier les spécifications de l’engrenage car, contrairement aux engrenages droits, il existe des limitations sur la combinaison du nombre de dents sur les engrenages en prise et les dimensions telles que l’angle du biseau sont différentes.
Après avoir déterminé provisoirement la forme et la position de montage, des calculs de résistance sont effectués. Si les conditions ne sont pas remplies, le module est agrandi et les calculs dimensionnels sont refaits. La résistance des engrenages et d’autres calculs d’engrènement peuvent être approximés avec des engrenages droits. Lorsque la charge est importante et que des charges répétées sont appliquées, ou lorsque l’engrenage est utilisé de manière continue pendant une longue période, un facteur de sécurité important peut être utilisé pour fournir une marge contre les charges d’impact et la fatigue.
Pour le choix des matériaux, l’on utilise généralement de l’acier au carbone mais, pour certains usages, l’on utilise de l’acier allié ou d’autres matériaux et, dans les deux cas, leur dureté est augmentée par trempe. Habituellement, seuls les flancs des dents sont trempés par induction à haute fréquence, tandis que les autres parties sont trempées.
Outre le calcul des dimensions et de la résistance, la lubrification doit également être prise en compte dans la conception des engrenages. Elle est conçue pour faciliter l’entretien.