Engrenage cylindrique à denture involute et arbre d'engrenage : Rapport de vitesse constant, entraxe, flexibilité

Engrenage cylindrique à denture involute et arbre d'engrenage : rapport de vitesse constant, entraxe flexible

Partie 1 : Engrenage cylindrique à denture involute

1. Introduction
L'engrenage cylindrique à denture involute est le type d'engrenage le plus fondamental et le plus largement utilisé dans la transmission mécanique de puissance moderne. Son profil de denture est basé sur la courbe involute. Cette géométrie assure un rapport de vitesse constant, un fonctionnement en douceur et est insensible aux petites variations de l'entraxe, offrant d'excellentes caractéristiques d'engrènement. Il est utilisé pour la transmission de puissance entre des arbres parallèles (engrènement externe ou interne).

2. Avantages

• Rapport de vitesse constant : Le profil involute garantit un rapport de vitesse instantané constant, assurant une transmission de mouvement précise, une grande douceur et une réduction des chocs et du bruit.

• Flexibilité de l'entraxe : De légères variations de l'entraxe installé n'affectent pas le rapport de transmission, ce qui réduit la précision requise pour la fabrication et l'assemblage, améliorant ainsi l'applicabilité.

• Processus de fabrication mature : Les outils de coupe standardisés et les technologies de fabrication matures (par exemple, le taillage à la fraise-mère, le façonnage, le meulage) facilitent relativement la production de masse et de haute précision, tout en étant rentable.

• Capacité de charge élevée : Le contact des dents est linéaire, ce qui permet la transmission d'une puissance et d'un couple importants.

3. Paramètres techniques clés

• Module / Pas diamétral : Le paramètre le plus fondamental déterminant la taille des dents.

• Nombre de dents : Détermine le diamètre primitif avec le module.

• Angle de pression : Généralement 20° (conception moderne) et 14,5° (conception plus ancienne), affectant la résistance de l'engrenage et l'épaisseur de la base de la dent.

• Largeur de la face : La largeur axiale de l'engrenage, influençant la capacité de charge.

• Classe de précision : Évaluée selon les normes ISO ou AGMA (par exemple, ISO 1328 classes 5-9). Un numéro de classe inférieur indique une plus grande précision et un fonctionnement plus fluide.

• Coefficient de déport de profil : Utilisé pour éviter le contre-dépouille, ajuster l'entraxe ou améliorer l'équilibre de la résistance entre les engrenages d'accouplement.

4. Applications
Extrêmement répandu, on le trouve dans presque tous les domaines nécessitant une transmission de puissance :

• Industrie automobile : Boîtes de vitesses, différentiels.

• Équipement industriel : Réducteurs, machines-outils, systèmes de convoyeurs, joints de robots.

• Appareils grand public : Machines à laver, outils électriques.

• Aérospatiale : Systèmes d'entraînement d'accessoires de moteur.

Partie 2 : Arbre d'engrenage

1. Introduction
Un arbre d'engrenage est un composant spécial où l'engrenage et l'arbre sont fabriqués en une seule pièce intégrée. Il ne s'agit pas simplement d'un "engrenage + arbre" mais d'une pièce fonctionnelle unifiée. Il est généralement utilisé lorsque le diamètre de base du pignon est proche du diamètre de l'arbre, ou lorsque une rigidité et une fiabilité opérationnelles extrêmement élevées sont requises.

2. Avantages (par rapport à un engrenage et un arbre séparés)

• Haute résistance et rigidité : Évite la concentration de contraintes et l'usure par fretting associée aux connexions clavetées. La structure monolithique peut résister à des charges et à des couples plus importants.

• Haute fiabilité : Élimine le risque de défaillance des éléments de connexion tels que les clavettes ou les goupilles. La structure plus simple présente moins de points de défaillance potentiels.

• Structure compacte : Permet de gagner de la place lors de l'installation, ce qui conduit à des conceptions plus épurées.

• Excellent alignement : Les sections d'engrenage et d'arbre sont naturellement coaxiales, évitant ainsi les défauts d'alignement lors de l'assemblage.

3. Paramètres techniques clés
Les paramètres d'un arbre d'engrenage incluent ses paramètres en tant qu'engrenage (module, nombre de dents, angle de pression, etc.) et ses paramètres en tant qu'arbre:

• Type de support : Arbre rotatif (transmet le couple et supporte les moments de flexion), essieu fixe (supporte uniquement les moments de flexion).

• Matériau et traitement thermique : Généralement fabriqué à partir d'aciers alliés (par exemple, 40Cr, 20CrMnTi) et traité avec des procédés tels que la trempe et le revenu ou la cémentation pour assurer des surfaces de dents dures et un cœur résistant.

• Dimensions et tolérances des tourillons : Diamètre et précision des sections qui s'accouplent avec les roulements.

• Rainure de clavette / Cannelure (le cas échéant) : Pour la connexion à d'autres composants.

4. Applications
Couramment utilisé dans les applications avec des exigences élevées en matière d'espace, de poids et de fiabilité :

• Réducteurs / Boîtes de vitesses : En particulier, le pignon à grande vitesse est souvent fabriqué sous forme d'arbre d'engrenage.

• Moteurs automobiles : Arbres à cames, arbres d'entraînement de pompe à huile.

• Aérospatiale : Systèmes de transmission nécessitant une grande fiabilité.

• Instruments de précision :Applications exigeant un alignement élevé et de faibles vibrations.