1. Principes de fonctionnement de base

• Compromis couple-vitesse: Il existe une relation inverse entre le couple et la vitesse de rotation. Un petit engrenage entraînant un plus grand engrenage augmente le couple mais réduit la vitesse (multiplication du couple), tandis qu'un plus grand engrenage entraînant un plus petit engrenage augmente la vitesse mais diminue le couple (multiplication de la vitesse).
• Rapport de démultiplication (i): Défini comme le rapport du nombre de dents sur l'engrenage mené (N₂) au nombre de dents sur l'engrenage menant (N₁), i = N₂/N₁. Il détermine directement l'efficacité de la conversion de la vitesse et du couple. Par exemple, un rapport de démultiplication de 5:1 signifie que l'engrenage mené effectue 1 tour pour 5 tours de l'engrenage menant, le couple étant augmenté d'environ 5 fois (hors pertes par frottement).
• Rapport de vitesse constant: Dans les engrenages correctement conçus, l'engrènement des dents assure un rapport de vitesse angulaire constant, minimisant les vibrations et assurant une transmission de puissance en douceur.

2. Principaux types d'engrenages

2.1 Engrenages droits

• Structure: Dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage ; conception simple et fabrication facile.
• Caractéristiques: Faible coût, rendement élevé (98-99 % pour les engrenages de précision), mais génère une poussée axiale et du bruit à grande vitesse en raison du contact linéaire entre les dents.
• Applications: Machines générales (par exemple, convoyeurs, pompes), appareils électroménagers et équipements industriels à basse vitesse.

2.2 Engrenages hélicoïdaux

• Structure: Les dents sont coupées en biais par rapport à l'axe de l'engrenage, formant une forme hélicoïdale.
• Caractéristiques: Le contact de surface entre les dents réduit le bruit et les vibrations, permettant un fonctionnement à plus grande vitesse ; cependant, une poussée axiale est générée (souvent compensée par l'utilisation d'engrenages à double hélice). Le rendement varie de 97 à 99 %.
• Applications: Transmissions automobiles, boîtes de vitesses industrielles et machines rotatives à grande vitesse.

2.3 Engrenages coniques

• Structure: Forme conique avec des dents coupées sur la surface conique, conçue pour des arbres sécants (généralement à 90 °).
• Sous-types: Engrenages coniques droits (simples, basse vitesse) et engrenages coniques spiraux (dents hélicoïdales, transmission en douceur, capacité de charge élevée).
• Applications: Différentiels dans les automobiles, systèmes de propulsion marine et broches de machines-outils.

2.4 Vis sans fin

• Structure: Se compose d'une vis sans fin (composant d'entraînement en forme de vis) et d'une roue à vis sans fin (engrenage mené avec des dents incurvées).
• Caractéristiques: Rapport de démultiplication élevé (jusqu'à 100:1) dans une conception compacte ; capacité d'auto-verrouillage (empêche la rotation inverse lorsqu'il n'est pas alimenté) ; rendement inférieur (70-90 %) en raison du frottement de glissement.
• Applications: Ascenseurs, convoyeurs, systèmes de direction et mécanismes de positionnement de précision.

2.5 Autres engrenages spécialisés

• Crémaillère et pignon: Convertit le mouvement rotatif en mouvement linéaire (par exemple, systèmes de direction de voiture, actionneurs linéaires).
• Engrenages planétaires: Compacts, capacité de couple élevée et rapports de vitesse multiples (par exemple, transmissions automatiques, robotique).
• Engrenages hypoïdes: Similaires aux engrenages coniques mais avec des arbres décalés, utilisés dans les transmissions automobiles à propulsion arrière pour un fonctionnement plus fluide.

3. Matériaux d'engrenage courants

3.1 Matériaux métalliques

• Acier allié: (par exemple, 40Cr, 20CrMnTi) Haute résistance, ténacité et résistance à l'usure ; adapté aux engrenages à charge élevée et à grande vitesse (automobiles, boîtes de vitesses industrielles) après traitement thermique.
• Acier au carbone: (par exemple, acier 45#) Faible coût, résistance modérée ; utilisé dans les applications à faible charge et à basse vitesse.
• Fonte: (par exemple, fonte grise) Bonne résistance à l'usure et usinabilité ; idéal pour les grands engrenages à basse vitesse (par exemple, broyeurs industriels).
• Métaux non ferreux: Alliage d'aluminium (léger, pour instruments de précision) et alliage de cuivre (résistant à la corrosion, pour équipements marins).

3.2 Matériaux non métalliques

• Plastiques/Nylon: Faible bruit, résistance à la corrosion et autolubrification ; utilisé dans les applications à faible charge et à basse vitesse (par exemple, appareils électroménagers, dispositifs médicaux).
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