Qu’est-ce qu’un engrenage hélicoïdal ?
Les engrenages hélicoïdaux sont des engrenages en forme dont les bandes de dents sont torsadées par rapport à l’axe et qui sont appelés engrenages hélicoïdaux. Ils sont plus résistants et plus silencieux que les engrenages droits, dont les dents sont parallèles à l’axe, car leur rapport d’engrènement est plus élevé (la zone où les engrenages s’engrènent l’un dans l’autre est plus grande).
Ces engrenages sont largement utilisés dans divers dispositifs de transmission, dans les réducteurs et dans les transmissions automobiles qui requièrent un fonctionnement silencieux et une grande efficacité de transmission. L’angle d’hélice varie en fonction du type d’engrenage, et les angles entre les engrenages doivent correspondre.
Utilisations des engrenages hélicoïdaux
La plupart des transmissions des voitures particulières utilisent des engrenages hélicoïdaux en raison de leurs caractéristiques de faibles vibrations, d’engrènement régulier, de silence et de confort de conduite, et de leur capacité à convertir efficacement la puissance du moteur.
Ils sont également utilisés dans les “réducteurs”, qui maintiennent la source d’énergie du moteur à une vitesse constante, et dans les “boîtes de vitesses”, qui peuvent changer de vitesse à volonté. Ces deux machines sont toujours attachées à tout ce qui est mû par un moteur, c’est pourquoi les engrenages hélicoïdaux jouent un rôle majeur.
Principe des engrenages hélicoïdaux
Les engrenages hélicoïdaux s’engrènent de manière continue, alors que les engrenages droits s’engrènent de manière intermittente. Ils sont donc moins bruyants et plus résistants à grande vitesse, mais ils sont plus complexes que les engrenages droits simples, et donc plus chers à fabriquer.
Un autre inconvénient des engrenages hélicoïdaux est que, du fait de leur structure, la poussée est générée dans la direction axiale des engrenages.
Charge de poussée
Les charges de poussée deviennent plus fortes à mesure que la puissance augmente, de sorte qu’un roulement séparé est nécessaire pour recevoir les charges de poussée. En l’absence de palier, une usure et une mauvaise rotation peuvent se produire.
Comme le palier de butée doit être séparé de l’engrenage, il faut prévoir de l’espace pour le palier.
En tant qu’application, il existe des «engrenages hélicoïdaux» qui combinent des engrenages hélicoïdaux à droite et à gauche pour supprimer la charge de poussée, ce qui est un inconvénient des engrenages hélicoïdaux. (Engrenages hélicoïdaux doubles)
Les engrenages hélicoïdaux ont la particularité de s’annuler dans la direction où la charge de poussée agit, de sorte qu’aucune charge de poussée n’est générée.
Conception des engrenages hélicoïdaux
Les engrenages hélicoïdaux avec une denture à angle droit ont le même engrènement que les engrenages droits vus de l’avant de la denture, de sorte que l’on peut utiliser les mêmes formules de calcul que pour les engrenages droits.
La formule de calcul est décrite en détail dans les données techniques du fabricant, mais il est possible de calculer les dimensions requises pour la conception du montage de l’engrenage, telles que la distance entre les centres de l’engrenage, et les valeurs nécessaires pour les calculs de résistance.
Ce sont les forces axiales qui doivent être prises en compte. Les engrenages hélicoïdaux ont des dents inclinées, de sorte que des forces axiales sont générées au niveau des surfaces de contact des dents. Plus l’angle de torsion est grand, plus la force est importante, et la direction de la force change entre le sens de rotation et le sens de torsion.
C’est pourquoi des roulements capables de supporter des charges axiales sont nécessaires, et des roulements capables de supporter des charges axiales, tels que des roulements angulaires, sont utilisés. Lorsque l’on effectue une rotation avant et une rotation arrière, des forces sont générées dans les deux sens, de sorte qu’un roulement combiné est utilisé pour supporter les deux charges. En général, un côté est fixé axialement et l’autre côté est supporté.
Le matériau utilisé peut être du métal ou de la résine, et le matériau approprié doit être choisi en fonction de l’application.
Jeu des engrenages hélicoïdaux
Pour calculer le jeu des engrenages hélicoïdaux, on utilise le tableau de calcul du jeu spécifié dans la norme JIS. On calcule l’écart entre les dents en déterminant l’importance de la réduction de l’épaisseur de la dent, qui est ensuite convertie en angle.
Par exemple, pour un engrenage JIS de classe 5 avec un module d’équerrage de 2, 30 et 60 dents et un angle de torsion de 30°, le module frontal est de 2,31 et le diamètre du cercle primitif est de 69,3 et 138,6, respectivement. Ces conditions entraînent une réduction de l’épaisseur des dents de 60 à 250 microns pour les petits engrenages et de 70 à 300 microns pour les grands engrenages, avec un jeu minimum de 60 + 70 = 130 microns et un jeu maximum de 250 + 300 = 550 microns.
En fonction de l’application, il peut être nécessaire de réduire le jeu entre les dents en dessous de la limite spécifiée ou de réduire la plage de tolérance du jeu. Dans ce cas, il est possible de réduire le jeu en fixant une tolérance plus petite pour une valeur appelée épaisseur de la dent de chevauchement, mais si elle est trop petite, la lubrification sera insuffisante, ce qui entraînera une lubrification insuffisante, une usure plus rapide des dents et une augmentation du couple et du bruit de l’entraînement. Il faut veiller à ce qu’elle ne soit pas trop petite, en particulier à grande vitesse. S’il est trop grand, des cliquetis à l’arrêt et des vibrations lors des variations de charge peuvent se produire.