Principaux points à retenir
Les engrenages sont les bêtes de somme cachées de pratiquement toutes les machines qui convertissent le mouvement de rotation en travail utile :moteurs, transmissions, horloges, capteurs de puissance et même votre montre intelligente. Dans cet article, nous explorerons les principes fondamentaux des rapports de démultiplication, comment ils sont calculés et pourquoi ils sont importants dans l'ingénierie quotidienne.
Les engrenages remplissent quatre fonctions principales :
Un rapport de démultiplication est simplement le rapport des vitesses de rotation de deux engrenages en prise. Parce que la circonférence d'un cercle est π × diameter , le rapport de leurs diamètres (ou, de manière équivalente, le nombre de dents) donne directement le rapport de démultiplication.
Par exemple, un engrenage de 6 pouces de diamètre associé à un engrenage de 3 pouces produit un rapport de 2:1 :le plus petit engrenage tourne deux fois plus vite que le plus grand. Si le plus grand engrenage a 60 dents et le plus petit 20, le rapport est également de 3:1.
Lorsqu’une seule paire d’engrenages ne peut pas atteindre la réduction ou l’augmentation souhaitée, les engrenages sont enchaînés dans un train d’engrenages. Chaque étape supplémentaire multiplie le ratio global.
Dans un exemple courant, un engrenage violet qui fait la moitié de la taille d’un engrenage bleu tournera deux fois plus vite. La connexion d'une deuxième paire d'engrenages similaires peut augmenter le rapport à 4:1 et une troisième paire à 8:1, permettant aux concepteurs d'affiner la vitesse et le couple pour les systèmes complexes.
Les engrenages à vis sans fin excellent à fournir des rapports extrêmement élevés dans un espace compact. Un seul tour de vis sans fin peut déplacer un engrenage de 40 dents d'une dent, créant un rapport de 40:1. Ce principe alimente les essuie-glaces, les compteurs kilométriques mécaniques et de nombreuses machines industrielles.
Les engrenages planétaires utilisent un engrenage solaire central, plusieurs engrenages planétaires et une couronne extérieure. Ils proposent :
En fixant la couronne et en entraînant le soleil, vous pouvez obtenir une réduction de 6:1. Changer quel composant est stationnaire ou en mouvement modifie le rapport ; par exemple, fixer le soleil donne une réduction de 7 : 1, tandis que fixer l'anneau peut produire un rapport de 1,17 : 1.
Lorsque deux arbres doivent tourner ensemble mais sont physiquement séparés, une simple paire d’engrenages ou un système chaîne/courroie peut les maintenir synchronisés. Les chaînes et les courroies crantées offrent des solutions légères et à faible friction qui peuvent relier plusieurs engrenages, ce qui est courant dans les moteurs où une seule courroie entraîne le vilebrequin, les arbres à cames et les accessoires.
Divisez la vitesse angulaire de l'arbre de sortie par la vitesse de l'arbre d'entrée, ou divisez le nombre de dents du pignon menant par celui du pignon mené.
Des rapports plus élevés donnent plus de couple à basse vitesse, idéal pour l'accélération. Des rapports inférieurs favorisent des vitesses plus élevées et conviennent à la conduite sur autoroute.
Pour le remorquage léger, un rapport de 3,73 est courant ; le remorquage lourd (5 000+ lb) nécessite généralement un rapport d'au moins 4,10.
Oui. Le couple est égal à la force multipliée par le rayon ; Les engrenages plus grands ont des rayons plus grands, délivrant ainsi plus de couple pour la même force.
Les rapports de démultiplication échangent entre couple et vitesse. En sélectionnant le rapport approprié, les concepteurs équilibrent l'accélération, la vitesse de pointe et la puissance délivrée pour l'application prévue.
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