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L'importance des engrenages dans les machines
Les engrenages ont plusieurs importances dans les machines, et certains d'entre eux comprennent :
Réglage de la vitesse de rotation
Le processus de taille des engrenages joue un rôle crucial dans la régulation de la vitesse de rotation des systèmes mécaniques. Une illustration frappante de cette fonction peut être observée dans l’utilisation des engrenages dans les moteurs à moteur. Ces engrenages sont chargés de régler avec précision la vitesse de rotation du moteur en utilisant des rapports de démultiplication spécifiques. L'inclusion d'engrenages avec des rapports distincts, comme un rapport 1:2 pour un moteur électrique fonctionnant à 1400 XNUMX tr/min, facilite la modulation des tours par minute du moteur. Cela permet un contrôle précis de la vitesse de rotation.
Puissance d'émission
Une fonctionnalité essentielle des engrenages réside dans leur capacité à transmettre la puissance entre des composants interconnectés sans rencontrer de problèmes liés au glissement. Un exemple courant de cette capacité est évident dans le contexte des tours.
Un moteur n'est pas directement lié à l'arbre primaire pour manœuvrer le mandrin dans une configuration de tour. Les engrenages sont utilisés stratégiquement pour combler le fossé entre le moteur et arbre pour assurer une transmission de puissance adéquate. Cela facilite le mouvement fiable du mandrin.
Modification du couple
Le couple est la force de rotation d’un moteur, qui joue un rôle important pour faciliter l’accélération. L'ébauche d'engrenage joue un rôle central dans la régulation de la sortie de couple. L'impact du diamètre de l'engrenage sur la production de couple illustre ce principe.
Des diamètres d'engrenage plus grands génèrent des niveaux de couple plus élevés, un principe qui fonctionne dans les deux sens. Le choix du diamètre de l'ébauche d'engrenage permet des ajustements précis des caractéristiques de couple d'un moteur, influençant ainsi ses capacités d'accélération.
Changer la direction de la puissance
Le processus de coupe des engrenages facilite les modifications dans la direction de la transmission de puissance. En plus de leur rôle dans la régulation de la vitesse et du couple, les engrenages vierges peuvent modifier la trajectoire de la puissance. La taille des engrenages est utilisée dans des structures telles que les vannes de barrage et les mécanismes de réservoir.
Un exemple notable peut être observé lors du fonctionnement d'une porte à l'aide d'engrenages. En utilisant des engrenages, la manipulation d'une poignée de porte peut se traduire par un mouvement vertical. Cela permet le mouvement contrôlé de haut en bas de la porte.
Qu'est-ce que l'usinage d'engrenages : un aperçu
L'usinage des engrenages implique la création et la mise en forme précises des engrenages, qui font partie intégrante des machines pour transmettre le couple. Un engrenage, caractérisé par sa nature rotative, comporte des dents d'engrenage qui s'emboîtent avec celles d'un autre mécanisme denté. Ce mécanisme permet un transfert transparent de la puissance mécanique.
Le processus de taille d'engrenages consiste à sculpter méticuleusement des dents d'engrenage sur une ébauche sphérique, formant un périmètre orné de ces caractéristiques essentielles. L'art spécialisé de la taille des engrenages englobe diverses techniques d'usinage, chacune conçue pour produire des engrenages de haute précision.
La fabrication des engrenages est réalisée par divers moyens, notamment l'usinage, la métallurgie des poudres, le moulage et l'estampage. Parmi les nombreuses techniques disponibles, les plus précises et les plus populaires sont le fraisage d'engrenages, broyage, les méthodes de brochage et d'entrave. Ces techniques garantissent la création de profils d’engrenages complexes et bien définis.
Plusieurs matériaux sont utilisés dans la construction des engrenages, notamment les métaux, les plastiques et même le bois. Les progrès technologiques ont donné naissance à des approches alternatives, dans lesquelles des engrenages en métal et en plastique peuvent être formés par moulage sous pression ou moulage par injection. Les fabricants peuvent donc regarder au-delà du processus traditionnel de fabrication d’engrenages. Cependant, il est impératif de reconnaître que certains cas nécessitent un usinage post-production pour affiner le produit final.
Types de processus de fabrication pour le traitement des engrenages
Jetons un coup d'œil aux différents processus d'usinage pour la fabrication d'engrenages et leurs applications uniques :
Casting
Les machines à tailler les engrenages CNC sont utilisées pour produire les dents des engrenages. Cependant, le moulage est un processus plus simple qui est généralement utilisé pour préparer des ébauches ou des cylindres pour les engrenages. Il est préféré pour les ébauches d’engrenages en raison de sa capacité à produire en série et de sa relative simplicité.
Cependant, la coulée est la technique de production la plus souvent utilisée dans un domaine spécifique. C'est la fabrication d'énormes engrenages. Les techniques de taille d'engrenages et d'autres techniques de taillage d'engrenages pourraient être plus pratiques dans les grands diamètres. Les engrenages plus grands ont généralement une construction à engrenages droits.
Les techniques de moulage les plus populaires pour la fabrication d’engrenages sont le moulage en coque, le moulage sous pression, le moulage en sable et le moulage en moule permanent. Dans d’autres scénarios, d’autres stratégies ne sont que partiellement utiles. Néanmoins, ceux mentionnés ci-dessus sont les plus courants dans le secteur manufacturier.
Forger
Il s'agit d'une méthode de production alternative. Il est capable de produire à la fois des composants vierges et des engrenages préfabriqués. Le processus de forgeage trouve une utilisation pratique, principalement dans les cas impliquant des conceptions d'ébauches d'engrenages relativement simples.
Théoriquement, le forgeage est une technique très efficace pour fabriquer des engrenages destinés à des applications lourdes. Cette application naît de la nécessité de soumettre les composants forgés à un traitement thermique processus. Ce qui confère aux engrenages résultants des propriétés améliorées de résistance à la fatigue. Néanmoins, il est essentiel de reconnaître que les forces formidables exigées par la procédure de forgeage imposent des limites aux dimensions et à la minceur obtenues grâce à cette méthode.
En pratique, le forgeage démontre une efficacité optimale lors de la production d'engrenages allant de 6 à 10 pieds de diamètre. Notamment, la variante spécifique de forgeage utilisée, telle que le forgeage de précision, peut dicter si des processus d'usinage ultérieurs sont nécessaires pour atteindre les spécifications finales de l'engrenage.
Extrusion et étirage à froid
Il s'agit d'une méthode alternative pour les processus de taillage d'engrenages qui offre une polyvalence tout en conservant la simplicité. L'extrusion, la technique en question, démontre une rentabilité avantageuse grâce à des besoins réduits en outils. Il est toutefois essentiel de noter que ce facteur ne détermine pas à lui seul la viabilité économique ultime.
L'extrusion, comme son terme l'indique, implique le passage d'un profilé métallique chauffé à travers une forme prédéfinie de plus petites dimensions. Ce procédé donne une barre solide possédant la configuration géométrique souhaitée, caractérisée par une surface extérieure robuste et impeccablement lisse.
Un procédé analogue, connu sous le nom d'étirage à froid, ressemble à l'extrusion, mais avec des distinctions particulières. Premièrement, tandis que l'extrusion propulse l'ébauche à travers une matrice, l'étirage à froid la fait passer. De plus, un aspect contrasté concerne la manipulation de la température. Contrairement à l'extrusion, le processus d'étirage à froid évite de chauffer la billette initiale, améliorant ainsi les propriétés mécaniques du produit obtenu, bien qu'au prix de coûts élevés.
La métallurgie des poudres
La métallurgie des poudres est une technique sophistiquée qui a énormément progressé ces dernières années. Il est désormais utilisé dans divers processus de fabrication d'engrenages, y compris la fabrication d'engrenages internes. Alors, comment cela fonctionne-t-il exactement? De l’extérieur, c’est assez simple. Cependant, les complexités sont nombreuses.
Tout commence avec de la poudre métallique. La première étape consiste à donner à toute la poudre la forme souhaitée. L’étape suivante consiste ensuite à garantir que l’ensemble du système est compact, ce qui se traduit par des propriétés mécaniques plus élevées. Après cela, chauffez soigneusement l’ensemble de la composition.
C’est très efficace, simple et rentable en grande quantité. Aucun post-traitement ne sera requis et le produit sera prêt à l’emploi. Cependant, les engrenages internes résultants ont des contraintes de taille et ne peuvent pas supporter une charge excessive. De plus, le coût initial de tout système de métallurgie des poudres est relativement élevé, ce qui le rend inadapté au taillage d'engrenages à faible volume.
Blanking
La technique de découpage ressemble beaucoup à l’extrusion, bien qu’avec certaines limitations quant à ses capacités tridimensionnelles. Dans ce processus de fabrication d'engrenages, de la tôle est utilisée avec une série de matrices pour obtenir la forme souhaitée. Une large gamme de types d'engrenages peut être fabriquée par découpage, ce qui permet d'obtenir des résultats optimaux lors de la production d'engrenages droits.
L'approche de découpage dans la fabrication d'engrenages trouve des applications dans de nombreux secteurs, en particulier dans les contextes nécessitant des solutions légères. Les secteurs remarquables comprennent les équipements de bureau, les systèmes hydrauliques, les appareils médicaux mineurs et d'autres cas où des conditions préalables de charge minimale sont pertinentes.
Processus d'usinage des engrenages
Il s’agit d’une procédure de taille d’engrenages répandue en raison de son adaptabilité. Alors que les méthodes d'usinage conventionnelles ont toujours été utilisées pour la taille et la production d'engrenages, commande numérique par ordinateur (CNC) l’usinage a nettement propulsé son omniprésence.
Sélection des matériaux pour l'usinage des engrenages
Les engrenages disposent d'un large éventail d'options concernant le matériaux d'usinage ils peuvent être fabriqués à partir de. Les premiers engrenages étaient fabriqués à partir de bois et, de nos jours, divers matériaux sont utilisés dans la production d'engrenages dans différentes industries. Ces matériaux couvrent un spectre allant de l'acier ou du fer robuste pour les engrenages industriels à grande échelle au plastique léger pour les petits engrenages trouvés dans les jouets. Les possibilités de combinaisons de matériaux semblent illimitées.
Cependant, parmi les différents matériaux, certains se distinguent par leur utilisation fréquente dans les processus de taille d'engrenages. Ces matériaux sont :
Plusieurs facteurs distincts doivent être pris en compte lors de la sélection du matériau approprié pour les engrenages. L’application spécifique de l’engrenage détermine l’adéquation du matériau. Le matériau choisi doit posséder le bon équilibre entre résistance à la traction et endurance pour l’usage prévu. Une autre considération essentielle est le coefficient de frottement, car les engrenages reposent sur un contact continu. De plus, la facilité de traitement est cruciale, car le processus de taillage des engrenages nécessite une précision et une exactitude méticuleuses. Le matériau est peut-être solide, mais il peut poser des problèmes lors de la fabrication s’il est plus facile à travailler.
Les matériaux ci-dessus établissent un équilibre harmonieux entre ces propriétés essentielles, les rendant bien adaptés à leurs applications respectives. Ceci explique leur prédominance dans la composition de nombreux engins rencontrés dans divers contextes.
Types d'engrenages utilisés dans différentes industries
Il existe plusieurs types d’engrenages utilisés dans différentes industries, et certains d’entre eux comprennent :
Engrenage droit
L'engrenage droit est très courant et est utilisé dans les centrales électriques, les pièces aérospatiales, les machines industrielles, etc. Ces engrenages ont des dents droites, faciles à fabriquer et peuvent supporter des vitesses élevées et des charges lourdes. Cependant, ils peuvent être assez bruyants et meilleurs que des opérations fluides et silencieuses.
L'engrenage droit peut engrener avec d'autres engrenages du même type ou avec des engrenages internes/externes. Vous pouvez voir des engrenages droits dans diverses configurations d'engrenages, comme un arrangement de base à crémaillère et pignon ou un système d'engrenage planétaire.
Leur simplicité les rend faciles à créer et à entretenir avec précision. De plus, le taillage d'engrenages droits ne produit pas beaucoup de force dans la direction axiale, ils fonctionnent donc bien dans les configurations d'engrenages où vous souhaitez minimiser les pertes d'énergie.
Engrenages à vis sans fin
Le système d'engrenage à vis sans fin comprend deux parties principales : une roue à vis sans fin et un engrenage en forme de vis. Il est couramment utilisé dans l’aérospatiale, les machines industrielles, les ascenseurs et la direction des voitures.
La configuration géométrique des engrenages à vis sans fin n’offre pas une vitesse ou une efficacité élevée. Au lieu de cela, il possède une fonctionnalité unique nécessaire aux systèmes autobloquants. Parfois, la vis sans fin peut faire tourner la roue, mais l’inverse ne peut généralement pas se produire en raison de l’angle des engrenages. De plus, les engrenages à vis sans fin créent beaucoup de friction et peuvent nécessiter une friction continue pour fonctionner correctement.
Engrenages hélicoïdaux
Les engrenages hélicoïdaux ressemblent presque à des engrenages droits, mais leurs dents sont tordues autour d'un cylindre. Cette conception leur permet de bien fonctionner avec des arbres dans différentes positions. Ils ne s'engrènent correctement qu'avec d'autres engrenages hélicoïdaux ayant le même angle de torsion.
Les engrenages hélicoïdaux sont utilisés pour des tâches similaires aux engrenages droits. Cependant, les dents inclinées aident à réduire l’impact et à rendre la coupe des engrenages plus douce. Cela conduit à moins de bruit, mais cela diminue l’efficacité. Les engrenages hélicoïdaux ont plus de pertes d'énergie que les engrenages droits et ont besoin de poussée roulements en raison de leur forme.
Du point de vue de la fabrication, les engrenages hélicoïdaux sont plus difficiles que les engrenages droits. Obtenir les angles de torsion parfaitement serrés tolérances est délicat. Aussi, leur coûts d'usinage et le besoin de pièces supplémentaires limite leur utilisation à des tâches spécifiques.
Engrenages coniques
Les engrenages coniques diffèrent des engrenages cylindriques ordinaires. Ils fonctionnent sur une surface inclinée, ce qui permet de modifier la direction de la transmission entre les arbres qui se croisent. Bien qu'ils soient généralement utilisés à des angles de 90 degrés, les engrenages coniques peuvent également être appliqués dans différentes configurations. Plusieurs types d'engrenages coniques courants sont :
- Engrenages coniques droits
- Engrenages coniques en spirale
- Engrenages à onglet
- couronne dentée
- Engrenages hypoïdes
Ces types sont largement utilisés dans diverses applications.
Conclusion
La taille des engrenages s'est transformée à mesure que des machines avancées remplacent désormais les marteaux traditionnels. Pourtant, cela reste un processus précis, exigeant des engrenages durables pour des conditions difficiles. Il faut un processus d'usinage d'engrenages précis et efficace et des pièces de production bien conçues en quantités appropriées pour fabriquer des engrenages efficacement.
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