Calcul et dimensionnement des engrenages cylindriques à denture droite : guide complet

Principes de base

Un engrenage est constitué de deux cylindres crantés : le pignon (la plus petite) et la roue (la plus grande). Les encoches de ces éléments sont taillées de manière à s'engrener parfaitement, assurant ainsi une transmission de mouvement sans glissement. Lorsque le petit roulement tourne, ses crans poussent les dents de la roue, ce qui entraîne la rotation de cette dernière.

Paramètres clés

Plusieurs paramètres sont indispensables pour définir un engrenage cylindrique à denture droite :

• Module (m)

C'est une unité de mesure de la taille des dents. Il est défini comme le rapport entre le pas (distance entre deux points homologues sur deux dents consécutives) et π (pi). Plus le module est grand, plus les dents sont grandes et robustes.

• Nombre de dents (z)

C'est le nombre de dents que possède chaque roue. Le rapport du nombre de dents de la roue au nombre de dents du pignon détermine le rapport de transmission.

• Diamètre primitif (d)

C'est le diamètre du cercle imaginaire où les dents s'engrènent. Il est égal au produit du module par le nombre de dents.

• Entraxe (a)

C'est la distance entre les axes des deux roues. Elle est égale à la somme des diamètres primitifs divisée par deux.

• Angle de pression (α)

C'est l'angle entre la ligne d'action (la droite tangente aux profils des dents au point de contact) et la tangente au cercle primitif. Il est généralement de 20°.

Calcul des dimensions

Le calcul des dimensions d'un engrenage cylindrique à denture droite permet de garantir son bon fonctionnement et sa durabilité. Voici les principales formules à connaître :

• Diamètre primitif : d = m * z.
• Entraxe : a = (d1 + d2) / 2.
• Hauteur de la dent : h = 2,25 * m.
• Largeur de la dent : b = k * m (k étant un coefficient de largeur, compris entre 8 et 12).

Choix des matériaux

Le choix des matériaux est primordial pour la résistance et la longévité de l'engrenage. Les matériaux les plus couramment utilisés sont :

• Acier

Il offre une excellente résistance mécanique et une bonne dureté, ce qui le rend idéal pour les applications transmettant des puissances élevées.

• Fonte

Elle est économique et facile à usiner, mais moins résistante que l'acier. Elle est souvent utilisée pour les applications transmettant des puissances plus faibles.

• Plastique

Il est léger et silencieux, mais moins résistant que le métal. Il est utilisé pour les applications transmettant de faibles puissances et nécessitant un fonctionnement silencieux.

Dimensionnement

Le dimensionnement d'un engrenage consiste à déterminer les dimensions des roues dentées en fonction des paramètres suivants :

• Puissance à transmettre.
• Vitesse de rotation.
• Rapport de transmission.
• Durée de vie souhaitée.

Des normes (ISO, DIN) définissent les valeurs recommandées pour les différents paramètres, afin de garantir la sécurité et la performance des engrenages.

Fabrication

Les engrenages cylindriques à denture droite peuvent être fabriqués selon différents procédés.

• Usinage : c'est la méthode la plus courante qui consiste à enlever de la matière brute pour former les dents. Il peut être réalisé par fraisage, taillage ou rectification.
• Moulage : il permet de produire en grande série des engrenages de formes complexes, notamment en plastique ou en fonte.
• Découpage : il est utilisé pour les engrenages de petite taille, généralement en acier.

Les engrenages cylindriques à denture droite sont des éléments indispensables dans de nombreux systèmes mécaniques. Leur calcul, leur dimensionnement et leur fabrication nécessitent une expertise technique pour garantir leur bon fonctionnement et leur durabilité. Confiez cette tâche à l'entreprise Maintenance Service Lepeuv.