Les engrenages sont utilisés dans de nombreux dispositifs mécaniques pour réduire la vitesse des équipements motorisés. Un petit moteur à rotation rapide peut fournir suffisamment de puissance pour certains appareils, mais pas assez de couple. Un tournevis électrique a une grande réduction de vitesse car il a besoin de couple pour tourner les vis, mais le moteur produit une petite quantité de couple à grande vitesse. Avec la réduction de vitesse, la vitesse de sortie est réduite tandis que le couple est augmenté.
Les engrenages peuvent également changer de sens de rotation. Les différentiels automobiles utilisent des engrenages coniques pour faire tourner la puissance de l’arbre d’entraînement de 90 degrés et l’envoyer aux roues.
La distance entre le centre de l’engrenage et le point de contact détermine le rapport de démultiplication. Si un rapport a deux fois le diamètre de l’autre, le rapport est de 2:1.
Engrenages droits
Les engrenages droits sont le type le plus courant. Ils ont des dents droites et sont montés sur des arbres parallèles. Une séquence d’engrenages droits peut être utilisée pour créer de très grandes réductions d’engrenages.
Les engrenages droits peuvent être bruyants. Chaque fois qu’une dent engage une dent sur l’autre engrenage, elles entrent en collision, faisant du bruit et augmentant la contrainte sur les dents.
Engrenages hélicoïdaux
Les dents de l’engrenage hélicoïdal sont coupées en biais par rapport à la face de l’engrenage. Plus d’une dent sur un système d’engrenage hélicoïdal est toujours engagée. Le contact commence à une extrémité d’une dent et glisse progressivement sur la face lorsque les engrenages tournent.
Cet engagement progressif et le contact multiple des dents rendent les engrenages hélicoïdaux plus lisses et plus silencieux que les engrenages droits. Les engrenages hélicoïdaux sont généralement montés sur des arbres parallèles, mais si les angles des dents d’engrenage sont corrects, ils peuvent être montés sur des arbres perpendiculaires, en modifiant l’angle de rotation de 90 degrés.
En raison de l’angle de la dent, ils créent une charge de poussée sur l’engrenage lorsqu’ils s’engrènent. Les appareils à engrenages hélicoïdaux ont des roulements pouvant supporter cette charge de poussée.
Engrenages coniques
Les engrenages coniques sont utiles lorsque le sens de l’axe de rotation doit être modifié. Ils sont généralement montés sur des arbres espacés de 90 degrés, mais peuvent être conçus pour fonctionner sous d’autres angles.
Les dents des engrenages coniques peuvent être droites ou en spirale. Les dents d’engrenage conique droites ont le même problème que les dents d’engrenage droit droites – lorsque chaque dent s’engage, elle entre en contact avec la dent correspondante en même temps.
La solution à ce problème est de courber les dents d’engrenage. Ces dents en spirale s’engagent comme des dents d’engrenage hélicoïdales. Le contact commence à une extrémité de l’engrenage et glisse progressivement sur toute la dent.
Sur les engrenages coniques droits et en spirale, les arbres doivent être montés dans le même plan de sorte que les centres d’engrenages soient alignés.
Engrenages à vis sans fin
Les engrenages à vis sans fin sont utilisés lorsque des réductions importantes sont nécessaires. Les engrenages à vis sans fin peuvent avoir des réductions de 20: 1; certains dépassent 300: 1.
De nombreux engrenages à vis sans fin ont une propriété unique: la vis sans fin peut facilement faire tourner l’engrenage, mais l’engrenage ne peut pas tourner la vis sans fin. Cette différence est due au fait que l’angle sur la vis sans fin est si peu profond que lorsque l’engrenage tente de le faire tourner, le frottement entre l’engrenage et la vis sans fin maintient la vis sans fin en place. Cette propriété est utile pour les systèmes de convoyeurs car la fonction de verrouillage peut agir comme un frein pour le convoyeur lorsque le moteur ne tourne pas.
Profil d’engrenage à développante
Aujourd’hui, pratiquement tous les engrenages utilisent un profil de dent appelé développante. Ce profil spécialement incurvé maintient un rapport constant de vitesse de rotation entre les deux engrenages. Lorsque les engrenages tournent, le point de contact se déplace, mais le profil de la dent compense continuellement le mouvement.
Marshall Brain, fondateur et PDG de HowStuff Works.com , sera au stand de l’Association for Facilities Engineering (AFE) lundi et mardi (5-6 mars) de la Semaine nationale de la fabrication.