1. Définition et types de base d'engrenages

• Engrenages droits: Ce sont les types d'engrenages les plus simples. Leurs dents sont parallèles à l'axe de rotation. Les engrenages droits sont largement utilisés dans les applications où une transmission à grande vitesse et à forte puissance est requise, comme dans les machines-outils et certaines transmissions automobiles.
• Engrenages hélicoïdaux: Les dents des engrenages hélicoïdaux sont coupées en biais par rapport à l'axe de rotation. Cette conception permet un fonctionnement plus souple et plus silencieux par rapport aux engrenages droits, car l'engagement des dents est plus progressif. Les engrenages hélicoïdaux sont souvent utilisés dans les applications à grande vitesse et à forte charge, comme dans les moteurs d'avions et les machines lourdes.
• Engrenages coniques: Les engrenages coniques sont utilisés pour transmettre le mouvement entre des arbres sécants. Ils ont des formes coniques et leurs dents peuvent être droites, en spirale ou zerol. Les engrenages coniques droits sont simples et couramment utilisés dans les applications à basse vitesse, tandis que les engrenages coniques en spirale sont préférés pour les applications à grande vitesse et à couple élevé en raison de leur fonctionnement plus souple.
• Vis sans fin: Une vis sans fin est constituée d'une vis sans fin (un engrenage en forme de vis) et d'une roue dentée. Les vis sans fin sont utilisées lorsqu'une forte réduction de vitesse est nécessaire dans un espace compact. Elles offrent des rapports de démultiplication élevés et sont auto-bloquantes dans certains cas, ce qui signifie que la vis sans fin peut entraîner la roue dentée, mais que la roue dentée ne peut pas entraîner facilement la vis sans fin. Cette propriété est utile dans des applications telles que les treuils et les convoyeurs.

2. Procédés de fabrication des engrenages

• Usinage: Il s'agit de l'une des méthodes de fabrication les plus courantes pour les engrenages. L'usinage des engrenages peut être effectué à l'aide de diverses techniques, telles que le taillage à la fraise-mère, le façonnage et le brochage. Le taillage à la fraise-mère est une méthode populaire pour la production en série d'engrenages. Il utilise une fraise-mère, qui est un outil de coupe doté d'une série de dents qui coupent progressivement les dents de l'engrenage au fur et à mesure que la fraise-mère et l'ébauche d'engrenage tournent. Le façonnage convient à la production d'engrenages internes et d'engrenages avec des profils de dents complexes. Le brochage est utilisé pour la production d'engrenages de haute précision et de grand volume, en particulier pour les engrenages de petite taille.
• Formage: Les procédés de formage des engrenages comprennent le forgeage et le moulage. Le forgeage consiste à façonner l'ébauche d'engrenage en lui appliquant une pression lorsqu'elle est chauffée. Les engrenages forgés ont une résistance élevée et une bonne résistance à la fatigue, ce qui les rend adaptés aux applications lourdes. Le moulage est utilisé pour produire des engrenages de formes complexes. Cependant, les engrenages moulés peuvent avoir des propriétés mécaniques inférieures à celles des engrenages forgés.
• Finition: Après le processus de fabrication initial, les engrenages nécessitent souvent des opérations de finition pour améliorer leur qualité de surface et leur précision. Ces opérations comprennent le meulage, le rodage et le lapidage. Le meulage est utilisé pour obtenir des profils de dents de haute précision et des surfaces lisses, ce qui est essentiel pour un fonctionnement silencieux et efficace des engrenages. Le rodage et le lapidage sont utilisés pour améliorer encore la finition de surface et réduire le bruit pendant le fonctionnement des engrenages.
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3. Applications des engrenages

• Industrie automobile: Les engrenages font partie intégrante des transmissions automobiles, qui sont utilisées pour modifier la vitesse et le couple du moteur afin de correspondre aux conditions de conduite. Les transmissions manuelles utilisent un ensemble d'engrenages pour fournir différents rapports de démultiplication, ce qui permet au conducteur de sélectionner le rapport approprié pour différentes vitesses. Les transmissions automatiques reposent également sur des engrenages, ainsi que sur des systèmes hydrauliques et des commandes électroniques, pour changer de vitesse automatiquement. Les engrenages sont également utilisés dans le différentiel, qui permet aux roues de tourner à des vitesses différentes lorsque le véhicule tourne.
• Industrie aérospatiale: Dans les avions, les engrenages sont utilisés dans divers systèmes, tels que le moteur, le train d'atterrissage et les systèmes de contrôle de vol. Les engrenages du moteur sont responsables de la transmission de la puissance de la turbine au compresseur et à d'autres composants. Les engrenages du train d'atterrissage sont utilisés pour rétracter et déployer le train d'atterrissage lors du décollage et de l'atterrissage. Les engrenages du système de contrôle de vol sont utilisés pour contrôler le mouvement des surfaces de contrôle de l'avion, telles que les ailerons, les gouvernes de profondeur et les gouvernails.
• Machines industrielles: Les engrenages sont largement utilisés dans les machines industrielles, telles que les machines-outils, les convoyeurs et les machines d'emballage. Les machines-outils utilisent des engrenages pour contrôler la vitesse et l'avance des outils de coupe, assurant ainsi des opérations d'usinage précises. Les convoyeurs utilisent des engrenages pour transférer la puissance et contrôler le mouvement des courroies transporteuses. Les machines d'emballage utilisent des engrenages pour entraîner les différents composants, tels que les mécanismes de remplissage, de scellage et d'étiquetage.

4. Matériaux des engrenages et leurs propriétés

• Acier: L'acier est le matériau le plus couramment utilisé pour les engrenages en raison de sa résistance élevée, de sa bonne ténacité et de sa résistance à l'usure. Différents types d'acier, tels que l'acier au carbone, l'acier allié et l'acier inoxydable, peuvent être utilisés en fonction des exigences spécifiques de l'application de l'engrenage. L'acier au carbone est relativement peu coûteux et convient aux engrenages à usage général. L'acier allié, qui contient des éléments tels que le chrome, le nickel et le molybdène, a des propriétés mécaniques améliorées et est utilisé pour les engrenages haute performance. L'acier inoxydable est utilisé dans les applications où une résistance à la corrosion est requise, comme dans l'industrie agroalimentaire et les équipements marins.
• Métaux non ferreux: Les métaux non ferreux, tels que l'aluminium et le bronze, sont également utilisés pour les engrenages. Les engrenages en aluminium sont légers et ont une bonne résistance à la corrosion. Ils sont souvent utilisés dans les applications où la réduction de poids est une priorité, comme dans les industries aérospatiale et automobile. Les engrenages en bronze ont une bonne résistance à l'usure et de faibles coefficients de frottement, ce qui les rend adaptés aux applications où un fonctionnement silencieux et une autolubrification sont requis, comme dans certains instruments de précision.
• Plastiques: Les engrenages en plastique sont de plus en plus populaires en raison de leur faible coût, de leur légèreté et de leur fonctionnement silencieux. Ils sont fabriqués à partir de matériaux tels que le nylon, le polycarbonate et l'acétal. Les engrenages en plastique conviennent aux applications à faible charge et à faible vitesse, comme dans l'électronique grand public et les machines à petite échelle.

5. Entretien et inspection des engrenages

• Lubrification: Une lubrification appropriée est essentielle pour le bon fonctionnement et la durabilité à long terme des engrenages. Les lubrifiants réduisent le frottement et l'usure entre les dents des engrenages, empêchent la surchauffe et protègent les engrenages de la corrosion. Le type de lubrifiant utilisé dépend des conditions de fonctionnement des engrenages, telles que la vitesse, la charge et la température. Les lubrifiants courants pour les engrenages comprennent les huiles minérales, les huiles synthétiques et les graisses.
• Inspection: Une inspection régulière des engrenages est nécessaire pour détecter tout signe d'usure, de dommage ou de défaillance. Les méthodes d'inspection comprennent l'inspection visuelle, la mesure dimensionnelle et les essais non destructifs. L'inspection visuelle peut révéler des signes évidents de dommages, tels que des fissures, des piqûres et des ruptures de dents. La mesure dimensionnelle est utilisée pour vérifier la précision des dents d'engrenage, telles que le profil des dents, le pas et le jeu. Les méthodes d'essai non destructives, telles que les essais par ultrasons et les essais par particules magnétiques, peuvent être utilisées pour détecter les défauts internes des engrenages.