Roues dentées / Roues cylindriques

L'engrenage / roue droite est un élément de machine en forme de roue dont les dents sont réparties uniformément. Un engrenage se compose de deux ou trois roues dentées appariées. Celles-ci tournent avec des arbres sur lesquels elles sont fixées ou sur des axes sur lesquels elles sont logées. Le mouvement de rotation est alors transmis d'une roue dentée / roue droite à une autre ou à une crémaillère, les dents s'engrenant les unes dans les autres. Avec deux roues à denture extérieure, le sens de rotation change, avec une troisième roue dentée entre les deux, il reste inchangé. La vitesse de rotation ou le couple peuvent être augmentés ou diminués en fonction de la taille différente des roues dentées.

Il existe de nombreux types d'engrenages. L'engrenage cylindrique, par exemple, est souvent utilisé. Il s'agit d'un disque de forme cylindrique entièrement denté. Une roue dentée extérieure et une roue dentée intérieure sont respectivement fixées sur deux axes parallèles, ce qui donne naissance à l'engrenage cylindrique. En règle générale, l'engrenage cylindrique est à denture droite ou hélicoïdale, ou bien il s'agit d'une double denture hélicoïdale. Les engrenages cylindriques peuvent également être combinés avec des crémaillères, qui forment ensemble un engrenage cylindrique. La crémaillère se déplace alors en ligne droite et souvent en va-et-vient, car son mouvement est limité.

Un autre type d'engrenage est la roue à vis sans fin associée à une vis sans fin, qui forment toutes deux un engrenage à vis sans fin. Celui-ci est utilisé lorsque les arbres ne se croisent pas, mais doivent se croiser. L'engrenage à vis sans fin peut être un engrenage cylindrique à denture oblique. Les flancs des dents de la roue à vis sans fin sont creux, de sorte qu'ils ne touchent pas seulement ponctuellement les dents de l'engrenage, mais de manière linéaire. La vis sans fin a une denture oblique et ressemble à un filet. Les quelques dents sont enroulées en hélice autour du cylindre, une spire correspondant à une dent.

Dans les roues coniques, les axes ne sont pas parallèles, mais se croisent, généralement avec un angle d'inclinaison de 90°. La forme de base est un cône tronqué avec une surface d'enveloppe dentée. Dans le cas d'un engrenage conique, deux engrenages coniques appariés coïncident au niveau de la pointe, car leurs axes disposent d'un point d'intersection commun. Il existe en outre de nombreux autres types d'engrenages, comme les roues à chaîne, les roues elliptiques et les roues à peigne.

Quatre types de fabrication d'engrenages sont possibles : le formage primaire, le formage secondaire, l'usinage et le fraisage de forme libre. La première méthode est souvent utilisée pour les roues moins sollicitées, par exemple pour le moulage de roues dentées en plastique ou l'estampage de roues dentées en acier, lorsque la précision n'est pas essentielle. Pour la fabrication d'engrenages très résistants, on a recours à des procédés d'usinage et de formage qui permettent une plus grande précision. L'éventail des procédés d'usinage s'étend du fraisage CNC et du taillage par génération à la rectification des flancs de dents et des profils, en passant par le taillage par génération. On utilise souvent ici des engrenages cylindriques en acier ou en acier inoxydable. Lors du taillage par génération, par exemple, l'outil de taillage fait rouler les flancs des dents. Pour la rectification de profils, différents outils sont nécessaires ou la meule doit être dressée sur le flanc de la dent avant la première utilisation. Il n'est possible de fabriquer qu'un seul entredent à la fois - il s'agit donc d'un procédé partiel. Après la denture, les roues dentées en acier sont souvent trempées ou érodées afin de les protéger davantage contre l'usure. Entre-temps, le fraisage de forme libre est également plus souvent utilisé. Pour ce faire, on utilise des outils non profilés en carbure monobloc, ce qui permet d'éviter l'utilisation des outils typiques de taillage d'engrenages. Sur les centres d'usinage, la fabrication des engrenages s'effectue à l'aide de modèles de calcul 3D et d'un module de logiciel de calcul. En outre, lors d'une programmation de fraisage, on utilise un logiciel FAO spécial qui permet de choisir des stratégies de fraisage individuelles. Selon la norme DIN 3961, la qualité de la denture peut être divisée en 12 niveaux avec différentes méthodes de fabrication. 1 représente la qualité de denture la plus fine et 12 la plus grossière. A titre d'exemple, on peut citer les qualités d'engrenage 5 à 9, qui comprennent les méthodes de taillage par fraise-mère, de gougeage par génération et de mortaisage par génération.

Parmi les réducteurs à engrenages, on distingue les réducteurs à rouleaux et les réducteurs à vis. Les engrenages à rouleaux disposent d'axes qui sont parallèles ou qui se croisent. Les cylindres ou les cônes de roulement roulent les uns sur les autres, tandis que les dents se touchent en lignes. Il s'agit par exemple des engrenages cylindriques et des engrenages coniques. Dans le cas des engrenages hélicoïdaux, les dents qui se touchent glissent en outre perpendiculairement au plan du profil. Des exemples d'engrenages hélicoïdaux sont les engrenages à vis sans fin avec contact linéaire et les engrenages cylindriques à denture oblique avec contact ponctuel dans l'alignement de l'axe.

La denture en développante est le type de denture le plus important pour un engrenage / un pignon droit. Elle est notamment utilisée dans la technique automobile et la construction mécanique, car elle permet l'entraînement de l'accéléré vers le ralenti - et inversement. La denture à jeu relativement faible offre un entraînement de paires de roues avec le même frottement dans les deux sens. Comme la ligne d'engrènement est une ligne droite, la denture est insensible aux changements d'entraxe. Un autre avantage de la denture en développante est que les roues dentées sont relativement simples et peu coûteuses à fabriquer.

Pour l'entraînement du lent au rapide, on utilise la denture cycloïdale, comme par exemple dans les montres à entraînement mécanique. Par rapport à la denture en développante, il y a moins de frottement lors de l'entraînement du lent vers le rapide. De plus, la denture cycloïdale dispose de dents avec un pied plus étroit, ce qui permet d'obtenir des rapports de transmission plus importants dans un espace réduit. Grâce à un jeu de dents plus important, la denture est plus résistante à la poussière, mais cela empêche également une rotation avant-arrière. Le processus de fabrication d'un tel engrenage cylindrique est plus complexe, car les dents de la paire de roues doivent être spécialement conçues les unes par rapport aux autres. De plus, une adaptation empirique supplémentaire des distances - en raison de la profondeur d'engrènement - est nécessaire.

La denture Wildhaber-Novikov est utilisée dans les dentures frontales. Il s'agit d'une denture en arc de cercle avec des dents semi-circulaires qui s'engrènent dans des espaces convexes. En théorie, le rayon de la dent et de l'entredent est identique, mais en pratique, le rayon de l'entredent est plus grand. Pour une transmission constante du mouvement, une denture oblique est nécessaire - un recouvrement de profil n'est pas réalisable. Les avantages de la denture Wildhaber-Novikov résident entre autres dans le forgeage idéal de la dent et de l'entredent, ainsi que dans la bonne capacité de charge et le comportement vibratoire favorable. En contrepartie, les coûts de fabrication sont importants, d'autant plus que des outils de taillage différents sont nécessaires pour la roue dentée / l'engrenage cylindrique et la contre-roue.

L'interaction entre les roues dentées n'est possible que si leur module respectif a la même taille. Le module représente la dimension de la denture et est décisif pour le calcul de la taille d'une roue dentée. Le module est déterminé comme le quotient de la distance à la dent adjacente et du nombre de cercles (module = distance entre les dents / nombre de cercles). Il est également possible de calculer un rapport plus clair en divisant le diamètre de la roue dentée ou le diamètre du cercle primitif par le nombre de dents (module = diamètre du cercle primitif / nombre de dents). Pour la fabrication d'engrenages, il est possible d'utiliser n'importe quel module. Pour l'utilisation dans des outils standardisés, les modules sont normalisés dans la norme DIN 780. Selon la denture, il existe des types de modules correspondants. Dans le calcul mentionné jusqu'à présent, il s'agit par exemple d'un module normal. La surface de la denture est perpendiculaire aux lignes de flanc, tandis que la surface de coupe normale est courbée dans l'espace. Un autre exemple est le module frontal, dans lequel la surface de la denture est perpendiculaire à la surface frontale de l'axe de la roue. Le module frontal est calculé de la même manière que le module normal, à condition que les roues dentées frontales soient à denture droite. Si elles sont à denture oblique, l'angle d'obliquité est pris en compte dans le calcul du module.