Engrenage à crémaillère

Qu’est-ce qu’un engrenage à crémaillère ?

Un engrenage à crémaillère est un engrenage de diamètre infini dont les dents de même forme sont régulièrement espacées sur une barre ou une plaque carrée ou ronde.

Ils sont utilisés en combinaison avec des pignons (engrenages de petit diamètre). Il s’agit d’une crémaillère et d’un pignon qui peut convertir un mouvement rotatif et linéaire dans les deux sens.

Une crémaillère peut être considérée comme une partie d’un engrenage dont le diamètre est infiniment grand.

Utilisations des engrenages à crémaillère

Les engrenages à crémaillère ne sont pas utilisés seuls, mais principalement en combinaison avec des engrenages à pignon, et leur utilisation se trouve dans les machines et les dispositifs où se produisent des mouvements rotatifs et linéaires.

Le mouvement linéaire du cylindre pneumatique est converti en mouvement rotatif au moyen d’une crémaillère et d’un pignon. Il existe également un mécanisme de direction à crémaillère pour les automobiles, qui convertit la rotation de l’arbre de direction en un mouvement linéaire des barres d’accouplement. Voici d’autres exemples typiques d’utilisation :

• Mécanismes de mise au point pour l’équipement optique des télescopes et des microscopes.
• Mécanismes de positionnement vertical pour les broches et les tables des perceuses.
• Mécanismes de positionnement et de réglage des machines-outils.
• Mécanisme de levage des ascenseurs de chantier.

Principe des engrenages à crémaillère

1. Dimensions et spécifications

Un engrenage à crémaillère est un engrenage de diamètre infini dont les dents sont disposées en ligne droite, sans notion de rapport de réduction et avec un rapport de réduction de 1. Les dimensions de base des engrenages à crémaillère sont spécifiées dans les normes suivantes en tant que crémaillères de référence standard.

• Engrenages cylindriques – Profil de la dent de l’engrenage involu – Partie 1 : Profil de la dent de la crémaillère de référence standard

Désignation	Symbole	Formule de calcul	Description
Module	m	P/n	Taille des dents en millimètres
Pas	P	Nm	Distance entre les dents adjacentes sur la ligne de référence
Angle de pression	α	20° par exemple	Angle de la dent par rapport à la normale de la ligne de référence
Hauteur des extrémités des dents	ha	1.00m	Distance entre la ligne de référence et l’extrémité de la dent
Hauteur de l’origine de la dent	hf	1.25m	Distance entre la ligne de référence et le fond de la dent
Longueur de la dent	hp	2.25m	Distance entre le fond de la dent et la pointe de la dent
Nombre de dents	z	–	Nombre de dents
Coefficient de dislocation	x	–	Quantité de dislocation divisée par le module
Hauteur de la ligne de tangage	H	–	la hauteur de la ligne de tangage
Hauteur de la ligne de tangage	a	zm/2 + H + xm
Diamètre du cercle de référence	d	zm
Engrenages à Crémaillère	L	πmz	Distance parcourue par l’Engrenages à Crémaillère lors d’une révolution du pignon

2. Longueur

Il n’y a pas de limite théorique au nombre de dents d’un engrenage à crémaillère, mais plus il y a de dents et plus la longueur est grande, plus la flexion et la déformation sont importantes et plus la précision de fabrication est faible. De plus, la longueur qui peut être fabriquée est limitée par la machine à tailler les engrenages.

Par conséquent, pour les longs engrenages à crémaillère, les deux faces de la crémaillère sont usinées et plusieurs engrenages à crémaillère sont connectés de manière à ce que le pas des dents corresponde. La longueur totale des engrenages à crémaillère connectés n’est pas limitée, mais la longueur d’un seul engrenage à crémaillère est généralement d’environ 2,000mm.

Types d’engrenages à crémaillère

1. Classification selon la forme du profil de la dent

Il existe deux types de profil de denture pour les engrenages à crémaillère : les engrenages à crémaillère à denture droite et les engrenages à crémaillère à denture hélicoïdale (engrenages à crémaillère à denture en retrait).

Engrenages à Crémaillère à denture droite
Les flancs des dents sont perpendiculaires à la direction longitudinale de l’engrenage à crémaillère et les dents sont parallèles et régulièrement espacées. Ce type d’engrenage à crémaillère se caractérise par sa forme simple et sa facilité de production.

Engrenages à crémaillère (Lotus)
Les flancs des dents forment un angle (angle de torsion) par rapport à la direction longitudinale de l’engrenage à crémaillère et les dents sont parallèles et également espacées. Ils se caractérisent par leur grande résistance, leur excellent silence et leur aptitude à des vitesses élevées. Toutefois, une charge de poussée est appliquée en direction du centre axial du pignon, ce qui nécessite des contre-mesures.

Il est à noter que le pas des dents de l’engrenage à crémaillère et du pignon est identique. Alors que dans le cas des engrenages hélicoïdaux, les dents de l’engrenage à crémaillère et du pignon doivent avoir le même angle de torsion et des directions de torsion opposées.

2. Classification selon la forme de la section transversale

Les sections transversales typiques des engrenages à crémaillère sont rectangulaires (barres carrées) et circulaires (barres rondes).

3. Classification selon le matériau

Les matériaux typiques utilisés pour les engrenages à crémaillère sont les suivants, qui peuvent être traités thermiquement en fonction de leur résistance et de leurs propriétés :

• Aciers au carbone pour la construction de machines, par exemple S45C.
• Aciers alliés pour la construction de machines Aciers faiblement alliés pour la construction de machines, par exemple SCM415, SCM440.
• Tiges en acier inoxydable SUS304, etc.
• Matériaux en résine tels que le polyacétal (POM) et le MC901 (plastiques techniques).
• Barres en cuivre et alliages de cuivre, C3604 (laiton de décolletage), etc.

4. Autres

En plus de ce qui précède, il existe également des moteurs linéaires, où le moteur est fixé à une tête linéaire avec une crémaillère et un pignon et un réducteur pré-assemblés.

Autres informations sur les Engrenages à Crémaillère

Caractéristiques de la crémaillère et du pignon

Avantages

• Capable de gérer de longues courses.
• Les modules peuvent être changés pour s’adapter à des charges plus importantes.
• Peut être utilisé pour le transport à grande vitesse.
• Peut être modifié en termes de matériau, de rectification ou de durcissement, de forme pour s’adapter à une variété d’applications.

Inconvénients

• Soumis à des charges élevées (forces de frottement).
• Tendance à être bruyant.
• Le jeu ne peut être évité.