Technologie/Transmissions mécaniques/Engrenages

Transmissions mécaniques Engrenages

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Généralités

Un engrenage est un système composé de deux pièces mécaniques munies de dents ou de filets qui s'interpénètrent de telle façon que l'une de ces pièces puisse entraîner l'autre en rotation ou en translation.

Ces pièces peuvent être des roues dentées, des crémaillères ou des vis sans fin. L'engrenage le plus fréquent est composé de deux roues dentées extérieures l'une à l'autre, dont la plus petite est appelée pignon. Lorsque le contact est intérieur, on ne parle plus de roue mais de couronne dentée.

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  engrenage de deux roues à denture droite
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  engrenage de deux roues à denture hélicoïdale
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  engrenage d'un pignon et d'une crémaillère
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  engrenage d'une roue et d'une vis sans fin

Comme nous le verrons, il existe de très nombreux types d'engrenages, que l'on peut classer selon divers critères :

• forme de la denture (on parle de profil) ;
• position relative des axes : parallèles, concourants ou quelconques
• inclinaison de la denture (droite, hélicoïdale, en chevrons...°

Lorsqu'un mécanisme comporte plusieurs engrenages, on parle de train d'engrenages. Deux situations doivent être distinguées :

• les trains simples sont ceux pour lesquels, dans un espace de référence donné, tous les éléments tournent autour de leur propre axe de révolution ; ce sont les plus simples à calculer.
• les trains planétaires ou trains épicycloïdaux sont ceux pour lesquels, dans un espace de référence donné, certains éléments tournent autour d'axes qui ne sont pas leurs axes de révolution ; ils posent assez souvent de sérieux problèmes de calcul aux étudiants et même à certains de leurs professeurs.... mais nous en reparlerons.

D'autres mécanismes apparentés ont des propriétés analogues aux roues dentées rigides. Ce sont par exemple les cloches dentées déformables des réducteurs de vitesse Harmonic Drive, les courroies de transmission dentées (et non crantées), encore dites de façon plus ou moins impropre « courroies synchrones », les chaînes de transmission, certains mécanismes d'indexation, etc. ; tous ces éléments mécaniques assurent une transmission de mouvement et d'effort par engrènement de dentures, et donc par obstacle.

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  réducteur Harmonic Drive
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  Schéma d'un réducteur Harmonic Drive
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  démonstration du fonctionnement
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  courroie et poulies dentées

Historique et évolution

Le plus ancien mécanisme à engrenages dont nous ayons une trace concrète est la Machine d'Anticythère ; on peut en trouver une description bien documentée dans Wikimedia Commons, en cliquant sur l'image.

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  fragment de la Machine d'Anticythère
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  schéma du mécanisme, tel qu'il a pu être reconstitué

Les engrenages ont été largement utilisés dès le Moyen-Âge et sans doute bien avant pour actionner les meules des moulins à vent ou à eau. La plupart du temps, on pouvait trouver une lanterne comportant une série de cylindres en bois dur ou fuseaux et un rouet ou hérisson portant une série de dents rapportées, les alluchons. Ces pièces de frottement étaient faites de bois durs et compacts comme le cormier, l'alisier, le micocoulier, etc. Les fuseaux et les alluchons étaient des pièces d'usure montées de telle façon qu'elles soient faciles à remplacer. On trouve encore aujourd'hui des entreprises capables de fournir des fuseaux et des alluchons, réalisés bien évidemment à la demande.

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  lanterne et rouet
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  deux rouets permettent ici une transmission à angle droit
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  renvoi d'angle avec une lanterne et un rouet, l'usure est très importante
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  remarquer le système de calage de la lanterne sur son axe, par des coins en bois plus ou moins enfoncés et permettant de faire en sorte que la roue dentée « tourne rond »
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  les alluchons vus de près, montrant les surfaces frottantes
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  engrenage mixte métal-bois, solution astucieuse pour reporter l'usure sur une seule des deux roues coniques et diminuer le coût de l'entretien

Images en réserve

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• Fichier:Interactive gears in the hind legs of Issus coleoptratus from Cambridge gears-3.jpg
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  schnecke
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  Verzahnung2
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  Verzahnung6
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