Types d'engrenages : structure, fonction et application

Les engrenages sont l'un des composants les plus courants dans la transmission mécanique et sont largement utilisés dans divers équipements mécaniques pour transmettre la puissance, changer de vitesse et de direction. Il existe de nombreux types d'engrenages, chacun avec sa propre structure et fonction, adaptés à différents scénarios d'application. Cet article présentera en détail les types courants d'engrenages, y compris leurs caractéristiques structurelles, leurs principes de fonctionnement, leur technologie de traitement et leurs applications dans différents domaines.

Principes de base et classification des engrenages

Principes de base des engrenages

Les engrenages sont des éléments mécaniques qui transmettent la puissance et le mouvement grâce à l'engrènement des dents des engrenages. Son principe de fonctionnement est basé sur l'engrènement des dents de deux engrenages, qui transmettent le couple et le mouvement grâce à la force de contact des surfaces des dents. La transmission par engrenages présente les caractéristiques d'un rendement élevé, d'une haute précision et d'une fiabilité élevée, et est largement utilisée dans divers systèmes mécaniques.

Classification des engrenages

Les engrenages peuvent être classés de plusieurs manières selon leur structure, leur forme, leur fonction et leur méthode de traitement. Les méthodes de classification courantes comprennent:

Classification par forme d'engrenage:

• Engrenage cylindrique
• Engrenage conique
• Vis sans fin
• Engrenage non circulaire

Classification par méthode d'engrènement:

• Engrenage externe
• Engrenage interne
• Équipement et crémaillère

Classification par sens de transmission des engrenages:

• Transmission à engrenages à axes parallèles
• Transmission à engrenages à axes croisés
• Transmission à engrenages à axes décalés

Classification par niveau de précision des engrenages:

• Équipement de précision
• Équipement ordinaire
• Engrenage de faible précision

Types d'engrenages courants et leurs caractéristiques

Engrenages cylindriques

Les engrenages cylindriques sont le type d'engrenages le plus courant, avec des profils de dents répartis sur une surface cylindrique, adaptés à la transmission entre arbres parallèles.

Caractéristiques structurelles:

• Le profil des dents de l'engrenage est généralement en forme de développante, avec de bonnes performances d'engrènement et une bonne capacité de charge.
• Il peut être conçu sous forme de dents droites, de dents hélicoïdales ou de dents à chevrons pour répondre à différentes exigences de transmission.

Taper:

• Engrenage droit: La ligne des dents est parallèle à l'axe, la structure est simple et le traitement est pratique, mais une force axiale sera générée lors de la transmission.
• Engrenage hélicoïdal: La ligne des dents forme un certain angle par rapport à l'axe, la transmission est stable et la capacité portante est élevée, mais l'équilibre de la force axiale doit être pris en compte.
• Équipement à chevrons: Il est composé de dents hélicoïdales gauche et droite, qui peuvent équilibrer automatiquement la force axiale et conviennent à la transmission de haute puissance.

Zone d'application:

• Largement utilisé dans les systèmes de transmission mécanique, tels que les transmissions automobiles, les réducteurs industriels, les moteurs, etc.

Engrenages coniques

Les engrenages coniques ont des profils de dents répartis sur une surface conique et conviennent à la transmission entre arbres qui se croisent.

Caractéristiques structurelles:

• Le profil des dents de l'engrenage est généralement en forme de dent en développante ou en arc, ce qui peut réaliser la transmission de deux axes qui se croisent.
• Une force axiale sera générée lors de la transmission, qui doit être supportée par des roulements.

Taper:

• Engrenage conique droit: La ligne des dents coupe l'axe, la structure est simple, mais le bruit de transmission est important.
• Engrenage conique en spirale: La ligne dentaire est en forme d'arc, la transmission est douce, le bruit est faible et la capacité de charge est élevée.
• Engrenage conique en spirale: La ligne dentaire est en spirale, l'efficacité de la transmission est élevée et convient à une transmission de haute précision.

Zone d'application:

• Couramment utilisé dans les différentiels automobiles, les systèmes de direction mécaniques, les entraînements de broches de machines-outils, etc.

Engrenage à vis sans fin

L'engrenage à vis sans fin est une forme spéciale de transmission par engrenages, composée d'une vis sans fin et d'une roue à vis sans fin, adaptée à la transmission entre arbres décalés.

Caractéristiques structurelles:

• La vis sans fin est semblable à un fil et la roue à vis sans fin est semblable à un engrenage cylindrique hélicoïdal, et les deux sont engrenés par des dents hélicoïdales.
• Le rapport de transmission est grand et la structure est compacte, mais l'efficacité de la transmission est faible et elle est généralement utilisée pour la transmission par réduction.

Taper:

• Engrenage à vis sans fin ordinaire: adapté à la transmission à réduction générale.
• Engrenage à vis sans fin hélicoïdale: transmission plus stable et capacité de charge plus élevée.
• Engrenage à vis sans fin à denture à arc circulaire: la surface de la dent est en forme d'arc, avec une efficacité de transmission élevée, adaptée à une transmission de haute précision.

Zone d'application:

• Largement utilisé dans les machines de levage, les réducteurs, les mécanismes d'alimentation des machines-outils, etc.

Engrenages non circulaires

Les engrenages non circulaires ont des profils de dents qui ne sont pas des cercles standard et sont utilisés pour répondre à des exigences de transmission particulières.

Caractéristiques structurelles:

• Le profil des dents de l'engrenage est conçu selon des exigences de transmission spécifiques et peut être de forme non circulaire, elliptique ou autre.
• Le rapport de transmission change avec le temps et convient aux occasions où une transmission à vitesse variable est requise.

Les types:

• Engrenages elliptiques: utilisé pour obtenir une transmission périodique à vitesse variable.
• Engrenages hyperboliques: utilisé pour obtenir une transmission de haute précision.
• Engrenages à épaisseur de dent variable: utilisé pour obtenir une transmission non uniforme.

Champs d'application:

• Couramment utilisé dans les articulations de robots, les instruments de précision, l'aérospatiale et d'autres domaines.

Technologie de traitement des engrenages

Méthodes de base de traitement des engrenages

Il existe de nombreuses méthodes différentes pour traiter les engrenages. Différentes techniques de traitement peuvent être sélectionnées en fonction du type et des exigences de précision de l'engrenage. Les méthodes de traitement courantes incluent:

Taillage d'engrenages:

• Les coupes par taillage d'engrenages sont utilisées pour découper la forme des dents sur la pièce à usiner. Il convient au traitement des engrenages cylindriques droits, hélicoïdaux et à chevrons.
• Il a une efficacité et une précision de traitement élevées et constitue l'une des méthodes de traitement des engrenages les plus couramment utilisées.

Façonnage des engrenages:

• Les coupes de mise en forme d'engrenages sont utilisées pour découper la forme des dents sur la pièce. Il convient au traitement des engrenages internes et des engrenages multibras.
• Il a une précision de traitement élevée mais une efficacité relativement faible.

Fraisage d'engrenages:

• La forme de l'engrenage est découpée sur la pièce à usiner par des fraises. Il convient au traitement de petits lots d’engrenages ou d’engrenages de formes complexes.
• Il a une faible précision de traitement mais une grande flexibilité.

Meulage d'engrenages:

• Les engrenages sont rectifiés par des meules pour améliorer la précision et la qualité de surface des engrenages.
• Il convient au traitement d'engrenages de haute précision, tels que les engrenages de transmission automobile et les engrenages aérospatiaux.

Technologie moderne de traitement des engrenages

Avec l'avancement continu de la technologie, la technologie moderne de traitement des engrenages se développe également constamment pour répondre aux besoins de haute précision, de haute efficacité et de traitement de formes complexes.

Usinage CNC:

• L'usinage d'engrenages de haute précision est réalisé grâce à des machines-outils CNC, qui peuvent produire des formes de dents complexes et des engrenages de haute précision.
• La technologie d'usinage CNC combine plusieurs processus tels que le taillage d'engrenages, le façonnage d'engrenages et la rectification d'engrenages pour améliorer l'efficacité et la précision de l'usinage.

Forgeage de précision:

• Les ébauches d'engrenages sont fabriquées grâce à une technologie de forgeage de précision, ce qui réduit les surépaisseurs d'usinage et améliore l'utilisation des matériaux.
• Il convient à la production de masse et peut réduire considérablement les coûts de production.

Métallurgie des poudres:

• Les engrenages sont fabriqués grâce à la technologie de métallurgie des poudres, qui présente les caractéristiques de haute précision, de haute résistance et de légèreté.
• Il convient à la fabrication d'engrenages de petite taille et de haute précision, tels que des micro-engrenages et des engrenages d'instruments de précision.

Domaines d'application des engrenages

Industrie automobile

Les engrenages sont largement utilisés dans l’industrie automobile et couvrent presque tous les systèmes de transmission des automobiles.

Engrenage de transmission:

• Utilisé dans la transmission automobile pour réaliser une transmission de puissance à différentes vitesses.
• Nécessite une haute précision, une capacité de charge élevée et une bonne résistance à l'usure.

Engrenage différentiel:

• Utilisé dans le différentiel automobile pour réaliser une transmission différentielle des roues.
• Utilise généralement des engrenages coniques, nécessitant une haute précision et une grande fiabilité.

Équipement du système de direction:

• Utilisé dans le système de direction automobile pour réaliser la transmission du mécanisme de direction.
• Nécessite une haute précision et un faible bruit, utilise généralement des engrenages cylindriques hélicoïdaux.

Domaine aérospatial

Le domaine aérospatial a des exigences extrêmement élevées en matière d'engrenages, exigeant une conception de haute précision, de haute résistance et légère.

Engrenages moteur:

• Utilisé dans les moteurs d’avion pour réaliser la transmission de puissance et la régulation de la vitesse.
• Généralement fabriqué en acier allié à haute résistance ou en alliage de titane, et subit un usinage de précision et un traitement thermique.

Engrenages du système de commande de vol:

• Utilisé dans le mécanisme de transmission du système de commande de vol pour obtenir un contrôle de haute précision.
• Nécessite une haute précision, une grande fiabilité et une bonne résistance à la fatigue.

Trains d'atterrissage:

• Utilisé dans le mécanisme de rétraction et d'extension du train d'atterrissage pour réaliser l'extension et la rotation du train d'atterrissage.
• Nécessite une résistance élevée et une fiabilité élevée, utilise généralement des engrenages coniques ou des engrenages à vis sans fin.

Machinerie industrielle

Les engrenages sont également largement utilisés dans les machines industrielles, pour divers systèmes de transmission et équipements d'automatisation.

Engrenages réducteurs:

• Utilisé dans les réducteurs industriels pour obtenir des taux de réduction élevés et une transmission de couple élevée.
• Nécessite une capacité de charge élevée et une bonne résistance à l'usure, utilise généralement des engrenages cylindriques hélicoïdaux ou des engrenages cylindriques à chevrons.

Engrenages de machines-outils:

• Utilisé dans la transmission de broche et le mécanisme d'alimentation des machines-outils pour obtenir un traitement de haute précision.
• Nécessite une haute précision et un faible bruit, utilise généralement un meulage de précision.

Engrenages articulés pour robots:

• Utilisé dans le mécanisme de transmission des articulations du robot pour obtenir un contrôle de mouvement de haute précision.
• Nécessite une haute précision, une haute fiabilité et une bonne résistance à la fatigue, utilise généralement des engrenages non circulaires ou des engrenages harmoniques.

L'équipement médical

Les engrenages ont également des applications importantes dans les équipements médicaux et sont utilisés dans les systèmes de transmission de divers instruments et équipements de précision.

Engrenages pour équipements médicaux:

• Utilisé dans le mécanisme de transmission des équipements médicaux pour obtenir un contrôle de haute précision.
• Nécessite une haute précision, une grande fiabilité et une bonne résistance à la corrosion, généralement en acier inoxydable ou en alliage d'aluminium.

Équipements de diagnostic:

• Utilisé dans le système de transmission des équipements de diagnostic pour obtenir un mouvement de haute précision.
• Nécessite une haute précision et un faible bruit, généralement un meulage de précision.

Équipements de rééducation:

• Utilisé dans le mécanisme de transmission des équipements de rééducation pour obtenir un contrôle de mouvement de haute précision.
• Nécessite une haute précision, une grande fiabilité et une bonne résistance à la fatigue, généralement des engrenages non circulaires ou des engrenages harmoniques.

Tendance de développement future des engrenages

Traitement de haute précision et haute efficacité

Avec l'avancement continu de la technologie, le traitement des engrenages évoluera dans le sens d'une haute précision et d'un rendement élevé. Les technologies de traitement modernes telles que la technologie de traitement CNC, la technologie de forgeage de précision et la technologie de métallurgie des poudres seront plus largement utilisées pour répondre aux besoins de traitement de formes complexes, de haute précision et à haut rendement.

Matériaux légers et performants

Dans les domaines de l’aérospatiale et de l’automobile, la conception légère constitue une tendance importante pour l’avenir. Les matériaux hautes performances tels que les alliages d'aluminium à haute résistance, les alliages de titane et les matériaux composites seront plus largement utilisés pour réaliser des engrenages légers et performants.

Intelligence et automatisation

L’intelligence et l’automatisation sont des axes de développement importants pour la future fabrication d’engrenages. Grâce à l'introduction des technologies de l'Internet industriel, du Big Data et de l'intelligence artificielle, le processus de fabrication des engrenages sera automatisé et intelligent. Par exemple, les machines-outils CNC intelligentes peuvent ajuster automatiquement les paramètres de traitement en fonction des données de traitement afin d'améliorer l'efficacité et la qualité du traitement.

Fabrication verte

La fabrication verte est une direction de développement importante pour l’industrie manufacturière du futur, et la fabrication d’engrenages ne fait pas exception. La fabrication d'engrenages permettra d'atteindre un développement durable en optimisant la technologie de traitement, en réduisant les déchets de matériaux et en réduisant la consommation d'énergie. Par exemple, l’utilisation d’outils de coupe efficaces et de procédures de traitement optimisées peut réduire le temps de coupe et la consommation d’énergie. Dans le même temps, le recyclage et la réutilisation des déchets générés lors du traitement peuvent également réduire la pollution environnementale.

Conclusion

Les engrenages, en tant que composants essentiels de la transmission mécanique, ont un large éventail d'applications et jouent des rôles importants. Cet article présente en détail les types, les caractéristiques structurelles, la technologie de traitement et les applications des engrenages dans différents domaines. Avec l'avancement continu de la technologie, la fabrication d'engrenages se développera dans le sens d'une fabrication de haute précision, de haute efficacité, légère, intelligente et verte, apportant un soutien solide au progrès de l'industrie de la fabrication de machines.