Engrenages Transmission et transformation des rotations

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1 Engrenages Transmission et transformation des rotations Frédéric Kapala IUFM de Franche-Comté - 16 janvier 2006 Un engrenage est composé d «organes mécaniques à denture» ; il permet la transmission et la transformation du mouvement. Un engrenage est souvent composé d'un pignon (c'est ainsi que l'on nomme la seule roue dentée ou la roue dentée la plus petite) et d'une roue, une crémaillère une vis sans fin Définitions générales Denture : partie dentée d'une pièce mécanique. Engrenage : ensemble de deux ou plusieurs pièces mécaniques comportant des dentures et destinés à engrener ensemble. Engrenage à axes parallèles : engrenages dont les axes sont parallèles. Engrenage concourant : engrenages dont les axes ont un point d'intersection. Engrenage gauche : engrenage dont les axes ne sont ni parallèles, ni concourants. Rapport de transmission : rapport entre le nombre de dents de l'entrée («roue menante») et le nombre de dents de la sortie de l'engrenage («roue menée»). Si ce rapport est supérieur à 1 on parle de «multiplicateur», si il est inférieur à 1 on parle de «réducteur.» Trains d'engrenages : Un train d'engrenages est une combinaison d'engrenages. Dentures Il existe plusieurs types de dentures : les dentures droites, les dentures hélicoïdales, les dentures en chevrons... 1/5

2 Types d'engrenages Engrenage à crémaillère Une crémaillère est une tige ou une barre garnie de dents. C est le seul dispositif parmi ceux présentés dans ce document qui permet de transformer un mouvement de translation rectiligne en mouvement de rotation et inversement. Le chemin de fer à crémaillère et la crémaillère de direction automobile en sont de bons exemples. Engrenage à axes parallèles : Roue-pignon Sens de rotation Dans un engrenage roue-pignon, les deux roues dentées tournent en sens opposé. Rapport de transmission On peut traiter, dans le cas simple de l engrenage direct entre deux roues dentées, du problème de la réduction ou de la multiplication de la vitesse de rotation. Si la roue menante R1 possède n1 dents et la roue menée R2 possède n2 dents, sachant que les dents s engrènent une à une, quand la roue R1 fait un tour, n1 dents ont été engrenées sur la roue R2 et donc celle dernière a fait n1/n2 tour. Cela entraîne naturellement au niveau des vitesses de rotation ω1 et ω2 que : ω 1 n 1 = ω 2 n 2 2/5

3 et donc que : ω 2 ω 1 = n 1 n 2 = R R est le rapport de transmission ; il traduit la «transformation» de la vitesse de rotation par l engrenage. Engrenage Pignon-chaîne-Roue On retrouve cet engrenage dans le fonctionnement de la bicyclette. Une dent du plateau engrène un maillon de la chaîne qui engrène une dent du pignon. Dans ce mode de transmission, le plateau et le pignon tournent dans le même sens. Le rapport de transmission se calcule de la même manière que pour l engrenage simple. Engrenages concourants Engrenage conique Utilisé pour transmettre le mouvement entre deux arbres non parallèles dont les axes sont concourants (les axes à 90 étant les plus fréquents). Les surfaces primitives ne sont plus des cylindres mais des cônes. Engrenages coniques à dentures droite Les plus simples, ils présentent les mêmes problèmes que les engrenages à dentures droite aux vitesses élevées (bruits de fonctionnement, fortes pressions sur les dents,...). 3/5

4 1 rigole 8 lanterne 15 civière 2 roue 9 gros fer 16 auget 3 godets, augets 10 meule courante 17 évêque 4 arbre 11 meule gisante 18 trémie 5 rouet 12 balai 19 auge 6 alluchons 13 frayon 20 trempure 7 palier 14 archures, coffrage 21 cabestan Un mécanisme traditionnel : moulin à eau à roue verticale Engrenages coniques à denture hélicoïdale ou spirale Permettent de diminuer les bruits aux grandes vitesses et assurent une meilleure progressivité de la transmission. 4/5

5 Dispositif ancien : Lanterne à fuseaux - Rouet à alluchons Définitions (cf. figure page précédente) Alluchon : n.m. Dent d engrenage inséré dans une roue. Placé sur la circonférence, il sert à communiquer le mouvement d un rouet, d une lanterne, d un pignon, etc. Lanterne : n.f. Roue dentée faite de bois s engrenant à un rouet, constituée de deux disques de bois reliés à leur périmètre par des cylindres de bois appelés «fuseaux». Rouet : n.m. Roue d engrenage situé sur l arbre secondaire permettant avec la lanterne de transformer le mouvement horizontal en mouvement vertical. Engrenages gauches Engrenages à vis sans fin Une vis sans fin est un cylindre comportant une cannelure hélicoïdale (parfois plusieurs), la faisant ressembler à une tige filetée. Associée à un pignon, elle constitue un engrenage gauche (les deux axes ne sont pas dans le même plan), dans lequel elle se comporte comme une roue à une dent (ou plus, selon le nombre de cannelures). L'engrenage formé est généralement irréversible (la vis peut entraîner le pignon, mais pas le contraire). Contrairement à la majorité des autres systèmes d'engrenage où l'entraînement s'obtient par roulement d'un profil de dent sur l'autre, ici, l'entraînement est obtenu par glissement, ce qui se traduit par des caractéristiques de rendement et d'usure particulières à ce système. Sources /5