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Types d’unités de transmission et leurs applications – Transmission par chaîne et autres systèmes d’engrenages

Dans cet article, nous vous présentons différents types d’unités de transmission et expliquons leurs domaines d’application. Les unités de transmission sont des composants indispensables dans de nombreuses machines et véhicules. Elles permettent la transmission du couple et de la vitesse entre l’arbre d’entrée et l’arbre de sortie, assurant ainsi une transmission de puissance optimale.

Types de systèmes de transmission

Les systèmes de transmission par engrenages sont une méthode courante de transmission de puissance dans les systèmes mécaniques. Selon les applications et les fonctionnalités souhaitées, différents types de systèmes sont utilisés.

Ces unités partagent un objectif commun : convertir les vitesses et les couples moteur, en modifiant les vitesses et les couples entre l’entrée et la sortie grâce à leur conception et aux composants utilisés.

Engrenage droit
Roue dentée conique
Roue à vis sans fin

Engrenage droit

Les engrenages droits, une forme d’engrenages à contact roulant, sont souvent employés pour réaliser les tâches ci-dessus en raison de leur simplicité de conception. Les axes sur lesquels sont montés les engrenages droits (disposant de dentures externes ou internes) sont alignés parallèlement. La denture de ces engrenages droits peut être droite ou hélicoïdale. Un engrenage droit peut être constitué d’un arbre d’entrée et d’un ou plusieurs arbres de sortie, formant ainsi des engrenages droits simples ou à plusieurs étages.

Le rapport de transmission est généralement limité à i ≤ 6, mais peut être augmenté par une conception à plusieurs étages. Les engrenages droits se distinguent également par leur coût de fabrication compétitif, leur grande robustesse et leur haute efficacité.

Exemple d’application

Dans cet exemple, une pièce à usiner est transférée d’un convoyeur vers le processus suivant en la faisant pivoter de 180° pour la déposer sur un autre convoyeur.

1) Dans un premier temps, le bras tourne la pièce à usiner de 90°.
2) Ensuite, les tiges font pivoter le dispositif de préhension de 90° supplémentaires.

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Roue dentée conique

Tout comme les engrenages droits, les roues dentées coniques font partie du groupe des engrenages à contact roulant. Les roues dentées coniques sont composées d’une roue dentée conique plus grande appelée couronne et d’une roue dentée conique plus petite nommée pignon. Dans les roues dentées coniques simples, les pointes coniques de la couronne et du pignon se rejoignent en un point d’intersection. Leurs principales caractéristiques sont que les axes sur lesquels sont montées les roues ne sont pas parallèles, mais forment un angle l’un par rapport à l’autre (souvent 90°). Cela permet d’obtenir une déviation de la force transmise à travers les roues dentées coniques.

Si la couronne est conçue sous forme de roue plate, c’est-à-dire avec un angle de cône proche de 90°, la déviation de 90° peut ne plus être réalisable avec un pignon à roue dentée conique. Pour conserver cette déviation, les couronnes peuvent être associées à des engrenages droits.

Dans certains cas, il est nécessaire de transférer et de dévier les mouvements de rotation entre des axes sans point d’intersection commun. Les roues dentées coniques hélicoïdales, également appelées roues dentées hypoïdes, sont alors adaptées. Dans les roues dentées hypoïdes, le mouvement de roulement du pignon se transforme en un mouvement hélicoïdal, où les flancs des dents glissent les uns contre les autres.

Roue à vis sans fin

Les roues à vis sans fin se composent d’une vis et d’une roue dentée et appartiennent au groupe des transmissions à vis. Elles se distinguent par des rapports de transmission élevés, pouvant atteindre i ≤ 40, et possèdent, dans certains cas, une fonction d’auto-verrouillage utile pour diverses applications.

Cependant, en raison de la friction de glissement élevée entre la vis et la roue, leur rendement est inférieur à celui des autres types de transmissions. Cette friction nécessite des matériaux adaptés et une lubrification efficace pour une durabilité accrue des composants.

Exemple d’application

La roue à vis sans fin et la roue dentée sont entraînées par le moteur, tandis que le tambour à l’extrémité de l’arbre enroule le fil métallique.

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Transmission par courroie dentée et transmission par chaîne

Une transmission par chaîne se compose de deux ou plusieurs roues dentées ou poulies dentées reliées par une chaîne ou une courroie dentée. Le mouvement de la roue d’entrée entraîne la chaîne ou la courroie dentée, qui met alors en mouvement la roue de sortie.

Le principe de la transmission par chaîne permet la transmission de puissance sur de longues distances, avec la possibilité de moduler vitesses et couples selon les tailles des roues dentées.

Par exemple :

Systèmes de convoyeurs : Les transmissions par chaîne sont utilisées dans les applications industrielles pour transporter des matériaux sur de longues distances.
Outils de machine : Elles sont employées pour le déplacement ou le positionnement précis des pièces ou des outils.

Exemple d’application

Un système de convoyeur à moteur qui utilise un système de rouleaux, de poulies d’entraînement et de courroies dentées.

Les rouleaux sont entraînés par des transmissions par chaîne, soit par des courroies dentées et des poulies dentées.
Chaque rouleau est muni d’un joint torique assurant un bon contact avec les côtés et les coins de la carte de circuit imprimé en verre.

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Types de roues dentées

Pour mieux comprendre les différentes unités de transmission, il est essentiel de connaître les types de roues dentées et leurs spécificités : Nous présentons ci-dessous les différents types de roues dentées et leurs caractéristiques.

Roues dentées droites
Crémaillères dentées
Roues dentées coniques
Arbres à vis sans fin

Les coupleurs de compensation sont indispensables dans de nombreux cas. Ils assurent un transfert de puissance homogène entre les roues dentées et compensent les tolérances, augmentant significativement la durée de vie des composants.

Roues dentées droites

Les roues dentées droites sont la forme la plus courante de roues dentées, où la denture est située sur la circonférence de la roue cylindrique.

Roues dentées droites à denture externe

Les roues dentées droites à denture externe possèdent une denture circonférentielle orientée vers l’extérieur. Dans le cas de deux roues dentées à denture externe en prise, le sens de rotation change lorsque le mouvement de rotation est transmis de la roue motrice à la roue entraînée.

Roues dentées droites à denture interne

Les roues dentées droites à denture interne, aussi appelées roues creuses, ont une denture interne.

Lorsqu’une roue dentée droite à denture interne est couplée à une roue dentée droite à denture externe, le sens de rotation de la roue entraînée ne change pas, contrairement à la combinaison de deux roues dentées droites à denture externe.

Cette conception spéciale permet également d’obtenir un arrangement des roues dentées plus compact en réduisant l’écartement axial. Une autre particularité de la denture interne est la conception concave des flancs de dents, augmentant la surface de contact et réduisant ainsi l’usure lorsqu’elle est associée à une denture convexe.

Crémaillères dentées

Les crémaillères dentées sont une forme spécifique des roues dentées droites, avec une largeur variable et une denture sans courbure. Elles permettent de transformer le mouvement de rotation d’une roue dentée droite à denture externe en un mouvement linéaire.

Le cas inverse est également possible : Inversement, elles peuvent également transformer leur mouvement linéaire en un mouvement de rotation d’une roue dentée droite à denture externe.

Exemple d’application

Pour le levage et l’abaissement simultanés de plusieurs élévateurs avec un seul cylindre pneumatique :

dans cette application, un seul entraînement est nécessaire pour déplacer simultanément plusieurs élévateurs en une opération continue (montée et descente).

1) Le cylindre pneumatique, économisant de l’espace (en jaune, à l’extrémité droite de l’image), effectue un mouvement linéaire pour déplacer la crémaillère d’avant en arrière.
2) Le mouvement linéaire de la crémaillère entraîne les roues dentées droites avant.
3) Ces roues dentées avant effectuent un mouvement de rotation et transmettent la force aux roues dentées arrière par le biais d’axes.
4) Les roues dentées arrière s’engagent dans la crémaillère arrière des élévateurs, traduisant à nouveau leur mouvement rotatif en un mouvement linéaire.

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Roues dentées coniques

Les roues dentées coniques ont une conception conique, avec une denture située sur la surface extérieure du cône.

Leur denture peut être droite ou hélicoïdale.

Arbres à vis sans fin

Les arbres à vis sans fin (souvent appelés « vis sans fin ») sont associés aux roues à vis sans fin dans les engrenages à vis sans fin. L’arbre à vis sans fin a un filetage hélicoïdal qui s’engage dans la denture de la roue à vis sans fin.

Les engrenages à vis sans fin sont caractérisés par des rapports de transmission élevés et peuvent, dans certaines conditions, avoir une fonction d’auto-verrouillage utile pour diverses applications. Cependant, en raison de la forte friction de glissement entre la vis et la roue sans fin, leur rendement est plus faible comparé à d’autres types d’unités de transmission.

L’arbre à vis sans fin est une variante de la denture hélicoïdale, où une ou plusieurs dents spirales (transmissions) sont intégrées dans l’arbre.

Types de dentures

Le type de denture a un impact majeur sur le rendement de l’unité de transmission et les forces en jeu pendant l’utilisation. Selon les applications, différents types de denture peuvent être privilégiés :

Denture droite
Denture hélicoïdale
Denture hélicoïdale double

Denture droite

La denture droite est le type de denture le plus simple, où les dents des roues dentées droites sont alignées parallèlement à l’axe de rotation de la roue. Cette forme de denture est économique à produire et représente une variante de denture très répandue.

Avec une denture droite, jusqu’à trois dents peuvent être en prise simultanément avec une roue opposée, répartissant ainsi la charge sur plusieurs dents. Cependant, dans les roues à denture droite, toute la largeur du flanc de la dent s’engage d’un coup lors de la transmission des forces motrices, ce qui entraîne un niveau sonore et une usure plus élevés par rapport à la denture hélicoïdale.

Denture hélicoïdale

Dans le cas de la denture hélicoïdale (ex. : roue dentée hélicoïdale), les dents sont orientées selon un angle par rapport à l’axe de rotation de la roue. Cela augmente le ratio de contact, c’est-à-dire le rapport entre la longueur de contact et le pas de la roue. Cet agencement améliore la fluidité du fonctionnement et la résistance à l’usure, permettant d’atteindre des vitesses plus élevées.

Comparée à la denture droite, cette conception est plus coûteuse à produire et les forces axiales générées en fonctionnement doivent être absorbées.

Une forme spéciale de denture hélicoïdale est la denture courbe, où les dents, en plus de leur orientation angulaire, suivent une courbe le long de leur centre. Cette conception accroît encore le ratio de contact et les avantages associés.

Denture hélicoïdale double

Dans le cas de la denture double hélicoïdale (aussi appelée denture en chevron ou double hélice), la circonférence de la roue est divisée en une moitié à hélice gauche et une moitié à hélice droite.

Cette conception complexe est relativement coûteuse en termes de fabrication, mais elle combine les avantages des variantes de denture mentionnées, assurant un fonctionnement sans heurts et une excellente résistance à l’usure.