LES ENGRENAGES

Généralités Différents types Lubrification FabricationHistorique

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Ces dessins de Léonard de Vinci (XVème siècle) témoignent de l’utilisation de systèmes de transmission de mouvement sur un principe proche de celui des dentures des engrenages actuels.

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Ce principe représenté schématiquement ci-contre présente comme inconvénient une transmission non homocinétique, c’est-à-dire que la vitesse de sortie n’est pas constante, ce phénomène est dû ici à la variation du rayon d’entraînement au cours de l’engrènement.

De plus, le glissement important au contact provoque une usure importante des plots et des rainures.

Cette solution n’est donc valable que pour de faibles vitesses et des puissances peu importantes.

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On a donc cherché à créer une denture qui permette d’obtenir un engrènement homocinétique ainsi q’une usure réduite au contact des dents.

En témoigne ce dessin d’étude attribué également à Léonard de Vinci.

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C’est ainsi que sont apparues les dentures en développante de cercle.

Le profil de la dent est obtenu à partir d’une courbe qui peut-être générée comme le montre la figure ci-contre.

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L’examen du profil de deux roues en contact montre que les points de contact sont toujours situés sur une droite (ligne d’action) inclinée par rapport à la tangente commune aux cylindres primitifs.

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L’engrènement de deux dents se déroule en trois phases:

Les dents rentrent en contact, il y a glissement des profils durant cette phase.Le point de contact est sur les cercles primitifs, il y a roulement sans glissementLes dents arrivent en fin de contact, c’est une nouvelle phase de glissement.

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Principaux éléments de définition d’une denture droite:

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Les engrenages cylindriques à denture droite:

Très utilisé, c’est l’engrenage le plus simple.

Il se comporte cinématiquement comme deux cylindres (roues de friction) en contact sur une génératrice.

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Les engrenages cylindriques à denture droite:

Contact extérieur Contact intérieur Pignon crémaillère

Inversion du sens de rotation Conservation du sens de rotation

Transformation de rotation en translation

ou inversement

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Les engrenages cylindriques à denture droite:

Très utilisés dans beaucoup de mécanismes, ils présentent cependant comme inconvénient du bruit et des vibrations dus essentiellement à la flexion des dents durant l’engrènement.

Boite de vitesse pour machine

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Les engrenages cylindriques à denture hélicoïdale:

Pour supprimer cet inconvénient, l’engrènement doit être plus progressif

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Les engrenages cylindriques à denture hélicoïdale:

Très utilisés, ces engrenages présentent cependant l’inconvénient de générer des efforts axiaux induits par l’inclinaison des dents.

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Les engrenages cylindriques à denture hélicoïdale:

Dans les mécanismes de grande puissance, ces efforts axiaux sont à l’origine de fatigue et d’usure sur les paliers de guidage des arbres.

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Les engrenages cylindriques à chevrons:

Il peut alors s’avérer intéressant d’utiliser des roues à chevrons.

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Les engrenages cylindriques à chevrons:

Cette solution qui pourrait paraître idéale est peu utilisée car le coût de fabrication des roues à chevrons est très élevé.

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Les engrenages coniques:

Lorsque les axes ne sont pas parallèles, il est nécessaire d’utiliser d’autres types d’engrenages. Les engrenages coniques permettent de transmettre le mouvement entre deux axes concourants.

Conique droit Conique hypoïde

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Les engrenages coniques:

Renvoi d’angle

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Les engrenages gauches hélicoïdaux:

Utilisés pour transmettre le mouvement entre deux axes quelconques, ces engrenages fabriqués en fonction de la configuration sont peu utilisés.

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Les engrenages à roue et vis sans fin:

Intéressants pour le grand rapport de réduction qu’ils peuvent offrir (1/200), ces systèmes sont aussi généralement irréversibles et donc utilisés comme anti-retour (sécurité).

Ils présentent cependant l’inconvénient d’un faible rendement et d’une usure rapide dues au glissement important des surfaces de contact.

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Les engrenages à roue et vis sans fin:

Pour remédier à cet inconvénient, on utilise très souvent une roue creuse.

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Les engrenages à roue et vis sans fin:

La majorité des systèmes roue et vis sans fin qui transmettent de la puissance utilisent une vis en acier et une roue creuse en bronze pour réduire le frottement et concentrer l’usure sur la roue dont le prix de revient est inférieur à celui de la vis.

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Les engrenages à roue et vis sans fin:

Dans certaines applications, on peut augmenter encore la surface de contact roue/vis en associant à la roue creuse une vis globique.

Cette solution est peu employée, le prix de revient de la vis est très élevé.

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Les engrenages à roue et vis sans fin:

Notons pour finir, que la vis peut avoir plusieurs filets (dents).

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Pour obtenir une bonne lubrification, il faut créer un coin d’huile qui permette au lubrifiant de former une couche épaisse sous le solide en mouvement.

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La forme des dentures en développante de cercle et le phénomène de glissement au début de la phase d’engrènement favorise la formation du "coin d’huile".

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La lubrification par barbotage est la plus utilisée, une ou plusieurs roues dentées "trempent" dans l'huile, leur mouvement projette le lubrifiant à l'intérieur du mécanisme.

Celui-ci peut être amené sur les paliers par des "gouttières" placées sur les parois du bâti.

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La lubrification sous pression est utilisée pour de grosses puissances qui nécessitent une lubrification dès le démarrage, ainsi qu'un refroidissement important

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Lorsqu'il est impossible de réaliser une lubrification classique, on peut utiliser de la graisse, qui assure en outre la protection contre la corrosion des pièces métalliques.

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Il existe de nombreux procédés de fabrication, procédés qui dépendent souvent du type d’engrenage à fabriquer.

Le plus utilisé en grande série est le «FRITTAGE» :

Un agglomérat de poudres (matériau de base + additifs) est chauffé sous forte pression, le mélange obtenu possède alors une cohésion et une rigidité suffisante.

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Les autres procédés sont des procédés d’usinage classiques par enlèvement de matière. Parmi ceux-ci, citons :

Le taillage par outil pignonLe taillage par fraise mère

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Enfin, des procédés de brochage pour des fabrications particulières.

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