Engrenages indispensables : Analyse de leurs rôles clés dans les systèmes de transmission

Les engrenages sont essentiels dans les systèmes de transmission. Dans l'automobile, ils jouent un rôle clé dans la boîte de vitesses. Les transmissions manuelles utilisent des engrenages dans la boîte de vitesses. Différentes combinaisons d'engrenages permettent d'ajuster la vitesse et le couple pour diverses conditions de conduite, comme l'accélération, la croisière ou la montée. Les engrenages hélicoïdaux réduisent le bruit et les vibrations pour un confort de conduite amélioré.

un, Types et fonctions des engrenages

1.0. Types d'engrenages
Il existe de nombreux types d'engrenages. La méthode de classification la plus courante est basée sur l'axe de l'engrenage. Généralement, ils sont divisés en trois types : axes parallèles, axes sécants et axes croisés. Les engrenages à axes parallèles incluent les engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux, les engrenages internes, les crémaillères et les crémaillères hélicoïdales, etc. Les engrenages à axes sécants incluent les engrenages coniques droits, les engrenages coniques hélicoïdaux, les engrenages coniques zéro-degré, etc. Les engrenages à axes croisés incluent les engrenages hélicoïdaux croisés, les vis sans fin et roue crantée, les engrenages hypoides, etc.

(Classification et types d'engrenages).

Les rendements indiqués dans ce tableau sont des rendements de transmission et n'incluent pas les pertes dues aux roulements, à l'agitation de la lubrification, etc. L'enroulement des paires d'engrenages sur des axes parallèles et des axes sécants est essentiellement un roulement, et le glissement relatif est très faible, donc l'efficacité est élevée. Pour les engrenages hélicoïdaux croisés, le ver et la roue de ver et autres paires d'engrenages à axes croisés, puisque la rotation est générée par un glissement relatif pour assurer la transmission de puissance, l'influence de la friction est très importante, et le rendement de transmission diminue par rapport aux autres engrenages. Le rendement d'un engrenage est le rendement de transmission de l'engrenage sous des conditions d'assemblage normales. S'il y a une mauvaise installation, en particulier lorsque la distance d'assemblage des engrenages coniques est incorrecte et qu'il y a une erreur dans le point d'intersection conique, son efficacité diminuera considérablement.

2.0 Le rôle des engrenages Les engrenages

Les engrenages doivent être utilisés par paires pour être efficaces

2.1 Transmettre la puissance du mouvement mécanique : Il y a beaucoup de pignons dans de nombreuses voitures. Ces pignons peuvent aider au fonctionnement des voitures ou d'autres machines diverses. Par exemple, comme le dispositif de changement de vitesse sur les voitures et les boîtes de réduction industrielles, etc. Grâce au rôle des pignons, ils peuvent fonctionner normalement.

2.2 Changer la direction du mouvement :
La figure suivante montre la loi de changement de la direction du mouvement par différentes combinaisons de pignons.

2.3 Changer la vitesse du mouvement : L'installation d'une combinaison de grandes et petites roues dentées sur la machine peut permettre à celle-ci d'accélérer ou de ralentir rapidement, comme les boîtes de réduction et les dispositifs d'accélération.

2.4 Changer le couple ou la torsion : La combinaison de grandes et petites roues dentées modifie le couple produit par les engrenages ; (Il y a une explication détaillée au troisième point ci-dessous.)

deux、 Rapports de transmission et directions de rotation des trains d'engrenages
Le rapport de transmission est le rapport des vitesses angulaires de deux composants en rotation dans un mécanisme, également appelé rapport de vitesse. Le rapport de transmission entre le composant a et le composant b est i = ωa/ωb = na/nb, où ωa et ωb sont respectivement les vitesses angulaires des composants a et b (en radians par seconde) ; na et nb sont respectivement les vitesses de rotation des composants a et b (en tours par minute).

1.Mécanisme à engrenages en une seule étape : Un ensemble d'engrenages formé après l'engrènement d'une paire d'engrenages est appelé mécanisme à engrenages en une seule étape.

Soit le nombre de dents de l'engrenage moteur du mécanisme à engrenages en une seule étape z1, le nombre de révolutions n1, le nombre de dents de l'engrenage entraîné z2, et le nombre de révolutions n2. L'équation de calcul du rapport de transmission est la suivante :
Rapport de transmission = z2/z1 = n1/n2
Selon la valeur du rapport de transmission, le mécanisme à engrenages en une seule étape peut être divisé en trois catégories :
Rapport de transmission < 1, mécanisme de réduction de vitesse, n1 < n2
Rapport de transmission = 1, mécanisme de vitesse constante, n1 = n2
Rapport de transmission > 1, mécanisme de réduction de vitesse, n1 > n2
2.0 Mécanisme à engrenages en deux étapes : Le mécanisme à engrenages en deux étapes est composé de deux ensembles de mécanismes à engrenages en une étape.
La figure suivante montre la structure du mécanisme de pignon à deux étages.

Rapport de transmission = z2/z1 * z4/z3 = n1/n2 * n3/n4.

Ci-dessous est un exemple de calcul du rapport de transmission d'un mécanisme de pignon à deux étages.

3, Relation entre le couple, la puissance et la vitesse de rotation
Examinons d'abord quelques formules et comprenons-les étape par étape.
a. En physique, le moment de force, moment de force = force × bras de levier (ligne droite). La formule pour calculer le moment de force est M = L×F. L'unité du moment de force est le newton-mètre, simplement appelé N-m, avec le symbole N*m.

Bras de levier OA × force Fa = bras de levier OB × force Fb.

b. Dans un état de rotation, le couple (un moment spécial de force) = F (force) × r (rayon de rotation), c'est-à-dire le produit de la force tangentielle et du rayon du cercle de la force jusqu'au point d'application. La formule pour calculer le couple est : M = F*r.

c. La relation entre le couple et la vitesse de rotation : T = 9550P / n, P = T * n / 9550 ; P représente la puissance en kilowatts (kW) ; T représente le couple en newtons-mètres (N·m) ; n représente la vitesse de rotation en tours par minute (r / min). 9550 est une constante.
d. La relation entre la puissance, le couple et la vitesse de rotation : Puissance (kW) P = Couple (N·m) T × Vitesse de rotation (tr/min) n/9550, c'est-à-dire, P = T*n/9550, ce qui peut être compris avec la figure suivante.

Comme on peut le voir sur le diagramme de rotation des engrenages, la puissance reste inchangée (en ignorant les pertes de transmission), mais la vitesse de rotation est réduite. Selon la formule puissance = couple × vitesse de rotation (*constante), le nombre de fois que la vitesse de rotation à l'extrémité de la roue est réduite est le même que le nombre de fois que le couple à l'extrémité de la roue est augmenté - c'est ce qu'on appelle le "couple de la roue".
e. La relation entre la puissance et le couple et la vitesse angulaire : Puissance P = couple T × vitesse angulaire ω.
Puisque la puissance P = travail W ÷ temps t, et travail W = force F × distance s, donc P = F×s/t = F×vitesse linéaire v. Ici, v est la vitesse linéaire. Dans un moteur, la vitesse linéaire v du vilebrequin = la vitesse angulaire ω du vilebrequin × le rayon r du vilebrequin.
En substituant dans la formule ci-dessus, on obtient : puissance P = force F × rayon r × vitesse angulaire ω. Et force F × rayon r = couple. Par conséquent, il peut être conclu que puissance P = couple × vitesse angulaire ω. Ainsi, la puissance d'un moteur peut être calculée à partir du couple et de la vitesse de rotation.

Exemples illustrés.

Relations supplémentaires : les suivantes s'appliquent au mouvement circulaire uniforme.

1. Vitesse linéaire V = s/t = 2πR/T.

2. Vitesse angulaire ω = Φ/t = 2π/T = 2πf.

3. La relation entre la vitesse linéaire et la vitesse angulaire : Vitesse linéaire = vitesse angulaire × rayon, V = ωR.

4. La relation entre la vitesse angulaire et la vitesse de rotation ω = 2πn (ici, la fréquence et la vitesse de rotation ont le même sens).

5. Période et fréquence T = 1/f.
Grandes quantités physiques et unités : Longueur d'arc (S) : mètre (m) ; angle (Φ) : radian (rad) ; fréquence (f) : hertz (Hz) ; période (T) : seconde (s) ; vitesse de rotation (n) : r/s ; rayon (R) : mètre (m) ; vitesse linéaire (V) : m/s ; vitesse angulaire (ω) : rad/s.