Différence entre les engrenages planétaires et les engrenages droits

Un engrenage droit est un type de transmission mécanique qui entraîne un arbre externe. La vitesse angulaire est proportionnelle à la vitesse de rotation (en tours par minute) et se calcule aisément à partir du rapport de transmission. Toutefois, pour calculer précisément la vitesse angulaire, il est nécessaire de connaître le nombre de dents. Heureusement, il existe plusieurs types d'engrenages droits. Voici un aperçu de leurs principales caractéristiques. Cet article aborde également les engrenages planétaires, plus petits, plus robustes et offrant une densité de puissance supérieure.
Les engrenages planétaires sont un type d'engrenage droit.

L'une des différences majeures entre les engrenages planétaires et les engrenages cylindriques à denture droite réside dans la répartition de la charge. Les engrenages planétaires sont bien plus efficaces que les engrenages cylindriques à denture droite, permettant un transfert de couple élevé dans un espace réduit. Ceci s'explique par le fait qu'ils possèdent plusieurs dents, contrairement aux engrenages cylindriques à denture droite qui n'en possèdent qu'une. Ils conviennent également à un fonctionnement intermittent ou continu. Cet article abordera les principaux avantages des engrenages planétaires et leurs différences avec les engrenages cylindriques à denture droite.
Bien que les engrenages cylindriques soient plus simples que les engrenages planétaires, ils présentent des différences importantes. Plus simples, ils ne nécessitent aucune taille ni angle particulier. De plus, la forme des dents des engrenages cylindriques est bien plus complexe que celle des engrenages planétaires. Cette conception détermine les points de contact entre les dents et la puissance disponible. Cependant, un système d'engrenages planétaires sera plus efficace si les dents sont lubrifiées intérieurement.
Un train épicycloïdal comprend trois arbres : un pignon solaire, un porte-satellites et une couronne dentée. Il est conçu pour permettre le blocage du mouvement d'un arbre, tandis que les deux autres fonctionnent simultanément. Outre le fonctionnement à deux arbres, les trains épicycloïdaux peuvent également être utilisés en configuration à trois arbres, dite configuration temporaire à trois arbres. Cette configuration est rendue possible par un accouplement à friction.
Parmi les nombreux avantages des engrenages planétaires figure leur adaptabilité. La charge étant répartie entre plusieurs satellites, il est facile de modifier le rapport de transmission, ce qui évite d'avoir à acheter un nouveau réducteur pour chaque nouvelle application. Autre atout majeur : leur grande résistance aux chocs et aux conditions extrêmes. C'est pourquoi on les retrouve dans de nombreux secteurs industriels.

Ils sont plus robustes

Un train épicycloïdal est un type de transmission utilisant des axes concentriques pour l'entrée et la sortie. Ce type de transmission est fréquemment utilisé dans les véhicules à boîte automatique, comme la Lamborghini Gallardo, ainsi que dans les voitures hybrides. Plus robustes que les trains épicycloïdaux classiques, ces transmissions nécessitent toutefois un temps de montage plus long.
Un système d'engrenage épicycloïdal comporte trois éléments principaux : une roue d'entrée, une roue de sortie et un porte-satellites. Le nombre de dents de chaque roue détermine le rapport de rotation entre la roue d'entrée et la roue de sortie. Dans certains cas, un système d'engrenage épicycloïdal peut être constitué de deux satellites. Un troisième satellite, appelé porte-satellites, s'engrène avec le deuxième satellite et le planétaire pour assurer la réversibilité du sens de rotation. Une couronne dentée est composée de plusieurs éléments, et un train épicycloïdal peut contenir de nombreux engrenages.
Un train épicycloïdal peut être conçu de telle sorte que le satellite tourne à l'intérieur du cercle primitif d'une couronne dentée fixe extérieure, ou « roue annulaire ». Dans ce cas, la courbe du cercle primitif du satellite est appelée hypocycloïde. Lorsqu'un train épicycloïdal est utilisé avec un pignon solaire, le train planétaire est composé des deux types de pignons. Le pignon solaire est généralement fixe, tandis que la couronne est menée.
L'engrenage planétaire, également appelé engrenage épicycloïdal, est plus durable que les autres types de transmissions. La répartition uniforme des planètes autour du soleil assure une distribution régulière des engrenages. Plus robuste, il supporte des couples plus élevés, des réductions importantes et des charges en porte-à-faux. Il offre également une densité énergétique et une robustesse supérieures. De plus, l'engrenage planétaire peut souvent être converti en différents rapports.

Ils sont plus denses en énergie

Les pignons planétaires et la couronne d'une transmission planétaire composée constituent des étages épicycloïdaux. Une partie du pignon planétaire s'engrène avec le pignon solaire, tandis que l'autre partie entraîne la couronne. Les flancs de dents non alignés sont utilisés uniquement lorsque la transmission fonctionne en sens inverse de la charge. L'optimisation du facteur d'asymétrie permet d'égaliser les coefficients de sécurité des contraintes de contact d'un engrenage planétaire. La contrainte de contact admissible (sHPd) et la contrainte de contact maximale en fonctionnement (sHPc) sont ainsi égalisées.
De plus, les engrenages épicycloïdaux sont généralement plus petits et moins encombrants que les engrenages hélicoïdaux. Ils sont couramment utilisés comme différentiels dans les bâtis à vitesses et les métiers à tisser, où ils servent de réducteur Roper. Leur rapport de surmultiplication et de sous-multiplication diffère. Le rapport de surmultiplication varie de 15 % à 40 %, tandis que le rapport de sous-multiplication s'étend de 0,87:1 à 69%.
La boîte de vitesses du turbopropulseur TV7-117S est la première application connue d'engrenages épicycloïdaux à denture asymétrique. Développée par la société CZPT pour l'avion turbopropulseur Ilyushin Il-114, la boîte de vitesses du TV7-117S se compose d'un premier étage planétaire-différentiel à trois satellites et d'un second étage coaxial de type solaire à cinq satellites. Cette configuration confère aux engrenages épicycloïdaux une densité de puissance maximale.
Les engrenages planétaires sont plus robustes et offrent une meilleure densité de puissance que les autres types d'engrenages. Ils supportent des couples, des réductions et des charges en porte-à-faux plus élevés. Leurs propriétés d'auto-alignement uniques les rendent également très polyvalents pour les applications exigeantes. Ils sont aussi plus compacts et plus légers. De plus, les engrenages épicycloïdaux sont plus faciles à fabriquer que les engrenages planétaires. Enfin, ils sont beaucoup moins chers.

Ils sont plus petits

Les engrenages épicycloïdaux sont de petits dispositifs mécaniques composés d'une roue centrale (le planétaire) et d'une ou plusieurs roues intermédiaires. Ces roues sont solidaires d'un porte-satellites ou d'une couronne et leur engrènement est complexe. Le dimensionnement et la vitesse du système s'effectuent en divisant le rapport de transmission souhaité par le nombre de dents de chaque roue. Ce procédé, appelé engrenage, est utilisé dans de nombreux types de systèmes d'engrenages.
Les engrenages planétaires, également appelés engrenages épicycloïdaux, possèdent des arbres d'entrée et de sortie coaxiaux. Chaque satellite comporte une roue dentée qui s'engrène avec le planétaire. Ces engrenages sont compacts et faciles à fabriquer. Leur conception robuste constitue un autre avantage. Ils se prêtent aisément à différents rapports de transmission et offrent un rendement élevé. De plus, les trains épicycloïdaux peuvent fonctionner dans plusieurs sens.
Un autre avantage des engrenages épicycloïdaux réside dans leur taille réduite. Ils sont souvent utilisés pour des applications de petite taille. Leur coût inférieur est lié à un temps de fabrication plus court. Les engrenages épicycloïdaux ne doivent pas être fabriqués sur des fraiseuses à commande numérique. Le porte-engrenage épicycloïdal doit être coulé et usiné sur une machine dédiée, équipée de plusieurs outils de coupe. Le porte-engrenage épicycloïdal est plus petit que l'engrenage épicycloïdal.
Les systèmes d'engrenages épicycloïdaux se composent de trois éléments principaux : une roue d'entrée, une roue de sortie et un élément fixe. Le nombre de dents de chaque roue détermine le rapport de rotation entre la roue d'entrée et la roue de sortie. Généralement, ces engrenages sont constitués de trois pièces distinctes : la roue d'entrée, la roue de sortie et l'élément fixe. Selon la taille des roues d'entrée et de sortie, le rapport entre les deux est supérieur à 50 %.

Ils ont des rapports de transmission plus élevés.

Les différences entre les engrenages épicycloïdaux et les engrenages classiques sont importantes pour de nombreuses applications. Les engrenages épicycloïdaux, notamment, présentent des rapports de réduction plus élevés. Ceci s'explique par la nécessité de prendre en compte plusieurs engrènements. Leur conception permet de calculer le nombre de cycles de charge par unité de temps. Par exemple, la roue solaire tourne à +1300 tr/min, tandis que la roue planétaire tourne à +1700 tr/min. La couronne tourne également à +1400 tr/min, ce nombre étant déterminé par le nombre de dents de chaque engrenage.
Le couple est la force de torsion exercée par un engrenage ; plus l'engrenage est grand, plus le couple est élevé. Cependant, le couple étant proportionnel à la taille de l'engrenage, un rayon plus grand engendre un couple plus faible. De plus, un rayon plus petit ne permet pas d'atteindre des vitesses plus élevées ; par conséquent, les rapports de transmission élevés ne permettent pas d'atteindre des vitesses autoroutières. Le rapport de transmission représente le compromis entre vitesse et couple.
Les engrenages planétaires utilisent plusieurs mécanismes pour augmenter le rapport de transmission. Ceux utilisant des engrenages épicycloïdaux comportent plusieurs trains d'engrenages, dont un pignon central, une couronne et deux satellites. De plus, les engrenages planétaires sont basés sur des engrenages hélicoïdaux, coniques et droits. En général, les rapports de transmission plus élevés des engrenages épicycloïdaux sont supérieurs à ceux des engrenages planétaires.
Un autre exemple d'engrenage planétaire est l'engrenage planétaire composé. Ce type d'engrenage comporte deux engrenages de tailles différentes, situés à chaque extrémité d'un même corps. L'extrémité la plus grande s'engrène avec le planétaire, tandis que l'extrémité la plus petite s'engrène avec la couronne. Les engrenages planétaires composés sont parfois nécessaires pour obtenir des rapports de transmission plus faibles. Comme pour tout engrenage, un alignement précis des axes des planétaires est essentiel à un bon fonctionnement. Un mauvais alignement peut entraîner un fonctionnement irrégulier ou une usure prématurée.

Édité par CX le 15 novembre 2023