Réducteur hélicoïdal série G3FM de Chine, avec moteurs électriques CC, disponible à la vente.

Boîte de vitesses hélicoïdale

L'utilisation d'un réducteur à engrenages hélicoïdaux permet d'améliorer considérablement la précision d'une machine et de réduire les effets des vibrations et des chocs sur l'axe de l'arbre. Un réducteur est une pièce mécanique circulaire dont les dents s'engrènent. Ces dents, taillées ou insérées, sont conçues pour transmettre la vitesse et le couple.

Glissement

Parmi les nombreux types de réducteurs, le réducteur à engrenages hélicoïdaux est le plus répandu. Ceci s'explique par le fait qu'il présente un contact glissant. Le contact entre deux dents d'engrenage débute au début de l'une d'elles et évolue vers un contact linéaire au fur et à mesure de la rotation de l'engrenage.
Les engrenages hélicoïdaux sont des engrenages cylindriques dont les dents sont taillées en biais par rapport à l'axe. Cet angle permet aux engrenages hélicoïdaux de compenser l'inversion de vitesse au niveau de la ligne primitive grâce au frottement de glissement. Il en résulte un mouvement beaucoup plus fluide et une usure réduite. De plus, la boîte de vitesses à engrenages hélicoïdaux est plus durable et plus silencieuse que les autres types de boîtes de vitesses.
Les engrenages hélicoïdaux se divisent en deux catégories. La première comprend les engrenages hélicoïdaux à axes croisés, couramment utilisés dans les arbres de distributeur/pompe à huile des moteurs automobiles. La seconde comprend les engrenages à angle d'hélice nul, qui ne produisent pas de force axiale. Cependant, ils génèrent de la chaleur, ce qui entraîne une perte de rendement.
La configuration des réducteurs à engrenages hélicoïdaux est souvent complexe, ce qui engendre des coûts d'exploitation plus élevés. De plus, le rapport couple/$ des réducteurs à engrenages hélicoïdaux diffère de celui des engrenages planétaires à angle d'hélice nul.
Lors de la conception d'engrenages, il est important de prendre en compte les effets du glissement. Ce glissement peut engendrer des frottements, sources de pertes de puissance. Il provoque également une répartition inégale de la charge, réduisant ainsi la capacité de charge du réducteur planétaire hélicoïdal.
De plus, la rigidité d'engrènement des engrenages hélicoïdaux est généralement négligée par les chercheurs. Un modèle analytique de cette rigidité a été proposé.

Forces de poussée axiale

Plusieurs solutions existent pour compenser les efforts de poussée axiale dans les réducteurs à engrenages hélicoïdaux. La plus évidente consiste à utiliser un engrenage à double hélice pour compenser la composante de force. Une autre option est d'utiliser une butée axiale de capacité de charge inférieure, qui devient alors un composant sacrificiel.
Pour transmettre une force, celle-ci doit être répartie le long de la ligne de contact. Cette force est la somme de ses composantes tangentielle, radiale et axiale. Toutes ces composantes doivent être transmises de la source à la sortie. Il s'agit d'un processus complexe qui fait appel à des engrenages.
La composante axiale de la force doit être transmise par les engrenages. La force résultante est ensuite décomposée en composantes orthogonales, puis répartie selon les directions de poussée. La composante radiale de la force s'étend du point de contact au centre de la roue menée.
La composante axiale de l'effort est également déterminée par le diamètre primitif de l'engrenage. Un diamètre primitif plus grand engendre un moment plus important sur les paliers. De même, un rapport de transmission plus élevé produit un couple plus important.
Il convient de noter que la composante axiale de la force ne représente qu'une petite partie de la force totale. La force normale est répartie le long de la ligne de contact.
L'engrenage à double hélice n'est pas non plus une copie conforme de l'engrenage à chevrons. Il est composé de deux moitiés égales. Il est utilisé de manière interchangeable avec l'engrenage à chevrons. Son angle d'hélice est également identique.

Impact réduit sur l'axe de l'arbre

Augmenter l'angle d'hélice d'un engrenage réduit les effets de résonance sur l'axe de l'arbre d'une boîte de vitesses à engrenages hélicoïdaux. Cependant, cela ne diminue pas les vibrations globales de la boîte de vitesses ; au contraire, cela les augmente. Ceci peut engendrer de graves défaillances dues à la fatigue dans la transmission.
En effet, l'angle d'hélice influe sur la ligne de contact entre deux dents. Plus l'angle d'hélice est élevé, plus la longueur de la ligne de contact diminue. De plus, il influe sur la force normale et les rayons de courbure des dents. L'angle de pression influe également sur les rayons de courbure.
Les engrenages hélicoïdaux présentent plusieurs avantages par rapport aux engrenages droits. Parmi ces avantages, on peut citer : des vibrations réduites, un meilleur confort acoustique et un fonctionnement plus régulier même sous fortes charges. Ils offrent également un couple plus élevé. Cependant, ils génèrent davantage de frottements et nécessitent des techniques spécifiques pour maîtriser leurs forces de poussée.
La première étape pour réduire les effets de résonance consiste à réguler la fréquence d'engrènement de l'engrenage hélicoïdal. Ceci peut être réalisé en modifiant les facteurs de décalage de l'engrenage. Si ces facteurs sont trop importants, l'engrenage subira des phénomènes de résonance. L'angle d'hélice est également affecté par les facteurs de décalage. Il est donc important de maîtriser la géométrie de l'engrenage afin de réduire les effets de résonance.
Ensuite, l'influence de la structure de l'âme et de l'épaisseur de la jante sur la contrainte à la racine de la dent est étudiée. Celle-ci est mesurée à l'aide de jauges de contrainte. Les résultats indiquent que la contrainte maximale à la racine est atteinte lorsque la position d'engrènement la plus défavorable est atteinte.

Fonctionnement plus silencieux

Comparées aux engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux sont beaucoup plus silencieux, grâce à leurs dents plus larges. De plus, ils supportent une charge plus importante, tournent avec plus de douceur et atteignent des vitesses plus élevées. Les engrenages hélicoïdaux constituent donc une excellente alternative aux engrenages droits.
Le paramètre le plus important concernant la réduction du bruit est le rapport de contact des engrenages. Ce rapport varie de moins de 1 à plus de 10 et est déterminé par le nombre de dents intersectant une ligne parallèle à l'arbre au niveau du cercle médian. Il constitue également un bon indicateur du niveau de réduction du bruit offert par les engrenages hélicoïdaux.
De plus, les engrenages hélicoïdaux présentent une flexion d'impulsion inférieure à celle des engrenages droits. Ceci s'explique par le fait que le point de contact glisse le long de la surface hélicoïdale de chaque dent. Ce mécanisme contribue également à l'amortissement interne du système d'engrenages.
Bien que les engrenages hélicoïdaux soient moins bruyants que les engrenages droits, ils s'usent rapidement, ce qui peut affecter leurs performances. Il est toutefois possible d'améliorer la régularité de la surface des dents par rectification. De plus, la lubrification des engrenages contribue également à améliorer cette régularité.
De nombreux secteurs industriels utilisent des engrenages hélicoïdaux. Par exemple, l'industrie automobile les emploie dans ses transmissions. On les retrouve également dans le secteur agricole et fréquemment dans les poids lourds.
Les engrenages hélicoïdaux sont également connus pour générer moins de chaleur et être plus silencieux que les autres types d'engrenages. Ils permettent aussi des transmissions de puissance en parallèle entre des arbres parallèles ou non parallèles.

Précision améliorée

L'amélioration de la précision d'un réducteur à engrenages hélicoïdaux est essentielle à son fonctionnement et à sa fiabilité. La précision du réducteur dépend de plusieurs paramètres, parmi lesquels le profil et le pas sont les plus importants. De plus, la puissance requise par la transmission doit être prise en compte.
Le profil est l'élément le plus sensible d'un engrenage hélicoïdal. S'il n'est pas symétrique, l'engrenage fonctionnera de manière bruyante, à l'instar d'un engrenage droit. De plus, le profil est également très sensible au pas d'hélice.
Le réducteur à engrenages hélicoïdaux joue un rôle essentiel dans la transmission de puissance des applications industrielles. Cependant, les conditions de fonctionnement difficiles le rendent vulnérable à divers types de pannes.
Les performances d'une boîte de vitesses à engrenages hélicoïdaux dépendent de la précision de chaque engrenage. On y parvient en minimisant le jeu. Une méthode courante pour réduire ce jeu consiste à aligner tous les axes d'entrée et de sortie. Cette approche permet également de réduire le bruit de transmission.
La précision d'un réducteur à engrenages hélicoïdaux peut être améliorée grâce à l'utilisation d'un réducteur électronique flexible. Ceci permet de réduire le degré de torsion et d'accroître la précision d'usinage des engrenages.
Un réducteur hélicoïdal à commande électronique permet d'accroître la précision de la compensation de torsion. Il améliore également la liaison entre les axes B, C et Z. De plus, la commande électronique garantit la liaison entre les axes Y, Z et C.
La précision d'un réducteur à engrenages hélicoïdaux peut être améliorée en calculant l'erreur de position du train d'engrenages. L'écart de pas et l'écart d'angle d'hélice sont deux types d'erreur de position.

Vibrations réduites

L'utilisation de réducteurs à engrenages hélicoïdaux permet de réduire les vibrations et le bruit. Ces engrenages sont utilisés dans diverses applications, notamment les transmissions automobiles. De plus, leur fonctionnement silencieux les rend adaptés aux environnements sensibles au bruit.
À l'aide du logiciel CZPT, trois conceptions différentes de carter de boîte de vitesses sont comparées. Les dimensions externes et la masse de chaque conception sont maintenues constantes, mais le nombre de raidisseurs longitudinaux et transversaux varie. Les modèles obtenus sont ensuite comparés aux résultats expérimentaux. De plus, la réponse en vibration libre de ces modèles est analysée. Les résultats sont présentés sur la figure 5.
En matière de réduction du bruit, le modèle cellulaire offre le niveau de pression acoustique le plus faible. En revanche, le modèle en croix présente le niveau sonore le plus élevé. Le modèle cellulaire offre également une meilleure amplitude crête à crête.
L'engrenage d'entrée alimente l'engrenage de sortie. Les vibrations de ce dernier sont également étudiées, notamment par l'établissement d'un diagramme de phase et d'un diagramme fréquentiel. L'influence du couple moteur et de la vitesse du pignon sur les vibrations est analysée numériquement. L'évolution temporelle de l'effort normal et de la rigidité du lubrifiant est également étudiée.
La modification du pignon d'entrée réduit les vibrations de l'engrenage d'entrée. Cette réduction est obtenue par l'ajout d'un double support de palier sur l'arbre d'entrée.

editor by CX 2023-05-06