Vous voyez des engrenages dans à peu près tout ce qui a des pièces en rotation. Par exemple, les moteurs et les transmissions des voitures contiennent de nombreux engrenages. Si jamais vous ouvrez un magnétoscope et regardez à l'intérieur, vous verrez qu'il est plein d'engrenages. Les horloges à remontage, grand-père et pendule contiennent beaucoup d'engrenages, surtout si elles ont des cloches ou des carillons. Vous avez probablement un wattmètre sur le côté de votre maison, et s'il a un couvercle transparent, vous pouvez voir qu'il contient 10 ou 15 engrenages. Les engrenages sont partout où il y a des moteurs et des moteurs produisant un mouvement de rotation. Dans cette édition de Comment ça marche , vous en apprendrez davantage sur les engrenages, les rapports d'engrenage et les trains d'engrenages afin que vous puissiez comprendre ce que font tous les différents engrenages que vous voyez.
Les engrenages sont généralement utilisés pour l'une des quatre raisons suivantes :
Vous pouvez voir les effets 1, 2 et 3 dans la figure ci-dessus. Sur cette figure, vous pouvez voir que les deux engrenages tournent dans des directions opposées, que le plus petit engrenage tourne deux fois plus vite que le plus grand et que l'axe de rotation du plus petit engrenage se trouve à droite de l'axe de rotation du plus grand engrenage. Le fait qu'un engrenage tourne deux fois plus vite que l'autre résulte du ratio entre les vitesses, ou le rapport de vitesse (Consultez notre tableau des rapports de démultiplication pour plus d'informations). Sur cette figure, le diamètre de l'engrenage de gauche est le double de celui de l'engrenage de droite. Le rapport de démultiplication est donc de 2:1 (prononcez "deux pour un"). Si vous regardez la figure, vous pouvez voir le rapport :chaque fois que le plus grand engrenage tourne une fois, le plus petit engrenage tourne deux fois. Vous pouvez voir que si les deux engrenages avaient le même diamètre, ils tourneraient à la même vitesse mais dans des directions opposées.
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Comprendre le concept du rapport d'engrenage est facile si vous comprenez le concept de la circonférence d'un cercle. Gardez à l'esprit que la circonférence d'un cercle est égale au diamètre du cercle multiplié par Pi (Pi est égal à 3,14159...). Par conséquent, si vous avez un cercle ou un engrenage d'un diamètre d'un pouce, la circonférence de ce cercle sera de 3,14159 pouces. La figure suivante montre comment la circonférence d'un cercle d'un diamètre de 1,27 pouces est égale à une distance linéaire de 4 pouces :Disons que vous aviez un autre cercle dont le diamètre était de 1,27 pouces / 2 =0,635 pouces, et que vous l'avez roulé de la même manière que sur cette figure. Vous constaterez que, parce que son diamètre est la moitié du cercle de la figure, il doit effectuer deux rotations complètes pour couvrir la même ligne de 4 pouces. Cela explique pourquoi deux engrenages, l'un à moitié aussi grand que l'autre, ont un rapport d'engrenage de 2:1. Le plus petit engrenage doit tourner deux fois pour couvrir la même distance parcourue lorsque le plus grand engrenage tourne une fois.
La plupart des engrenages que vous voyez dans la vraie vie ont des dents. Les dents ont trois avantages :
L'engrenage droit (violet) du train est en fait composé de deux parties, comme illustré. Un petit engrenage et un engrenage plus grand sont connectés ensemble, l'un au-dessus de l'autre. Les trains d'engrenages se composent souvent de plusieurs engrenages dans le train, comme le montrent les deux figures suivantes :
Dans le cas ci-dessus, l'engrenage violet tourne à une vitesse double de celle de l'engrenage bleu. L'engrenage vert tourne deux fois plus vite que l'engrenage violet. L'engrenage rouge tourne deux fois plus vite que le vert. Le train d'engrenages illustré ci-dessous a un rapport d'engrenage plus élevé :
Dans ce train, les plus petits engrenages sont un cinquième de la taille des engrenages plus grands. Cela signifie que si vous connectez l'engrenage violet à un moteur tournant à 100 tr/min (tours rer minute), l'engrenage vert tournera à une vitesse de 500 tr/min et l'engrenage rouge tournera à une vitesse de 2 500 tr/min. De la même manière, vous pouvez attacher un moteur de 2 500 tr/min à l'engrenage rouge pour obtenir 100 tr/min sur l'engrenage violet. Si vous pouvez voir à l'intérieur de votre wattmètre et qu'il est de style ancien avec cinq cadrans mécaniques, vous verrez que les cinq cadrans sont reliés les uns aux autres par un train d'engrenages comme celui-ci, les engrenages ayant un rapport de 10:1. Parce que les cadrans sont directement connectés les uns aux autres, ils tournent dans des directions opposées (vous verrez que les chiffres sont inversés sur les cadrans les uns à côté des autres). Pour plus d'informations sur les rapports de démultiplication, consultez notre tableau des rapports de démultiplication.
Il existe de nombreuses autres façons d'utiliser les engrenages. Par exemple, vous pouvez utiliser des engrenages coniques pour plier l'axe de rotation d'un train d'engrenages de 90 degrés. L'endroit le plus courant pour trouver des engrenages coniques comme celui-ci est dans le différentiel d'une voiture à propulsion arrière. Un différentiel plie la rotation du moteur de 90 degrés pour entraîner les roues arrière :
Un autre train d'engrenages spécialisé est appelé train d'engrenages planétaires . Les engrenages planétaires résolvent le problème suivant. Disons que vous voulez un rapport d'engrenage de 6:1. Une façon de créer ce rapport consiste à utiliser le train à trois vitesses suivant :
Dans ce train, l'engrenage rouge a trois fois le diamètre de l'engrenage jaune et l'engrenage bleu a deux fois le diamètre de l'engrenage rouge (donnant un rapport de 6:1). Cependant, imaginez que vous vouliez que l'axe de l'engrenage de sortie soit le même que celui de l'engrenage d'entrée. Un lieu commun pour avoir besoin de cette capacité sur le même axe est un tournevis électrique. Dans ce cas, vous pouvez utiliser un système d'engrenage planétaire, comme illustré ici :
Dans ce système d'engrenage, l'engrenage jaune engage simultanément les trois engrenages rouges. Ils sont tous les trois fixés à une plaque, et ils s'engagent dedans de l'engrenage bleu au lieu de l'extérieur. Parce qu'il y a trois engrenages rouges au lieu d'un, ce train d'engrenages est extrêmement robuste. L'arbre de sortie est extrait de la plaque et l'engrenage bleu est maintenu immobile. Vous pouvez voir une image d'un système d'engrenage planétaire à deux étages sur la page du tournevis électrique.
Enfin, imaginez la situation suivante :vous avez deux engrenages rouges que vous souhaitez maintenir synchronisés, mais ils sont à une certaine distance l'un de l'autre. Vous pouvez placer un gros engrenage entre eux si vous voulez qu'ils aient le même sens de rotation :
Ou vous pouvez utiliser deux engrenages de taille égale si vous voulez qu'ils aient un sens de rotation opposé :
Cependant, dans ces deux cas, les engrenages supplémentaires sont susceptibles d'être lourds et vous devez créer des essieux pour eux. Dans ces cas, la solution courante consiste à utiliser soit une chaîne ou une courroie crantée , comme indiqué ici :
Les avantages des chaînes et des courroies sont la légèreté, la possibilité de séparer les deux engrenages à une certaine distance et la possibilité de connecter plusieurs engrenages ensemble sur la même chaîne ou courroie. Par exemple, dans un moteur de voiture, la même courroie crantée peut engager le vilebrequin, deux arbres à cames et l'alternateur. Si vous deviez utiliser des engrenages à la place de la courroie, ce serait beaucoup plus difficile ! Pour plus d'informations sur les rapports de démultiplication, consultez notre tableau des rapports de démultiplication.
Publié à l'origine :1er avril 2000
>Un exemple
FAQ sur les rapports de vitesse
Comment calculez-vous le rapport de démultiplication ?
Il vous suffit de compter le nombre de dents dans les deux engrenages et de diviser. Donc, si un engrenage a 60 dents et un autre en a 20, le rapport d'engrenage lorsque ces deux engrenages sont connectés ensemble est de 3:1. Est-il préférable d'avoir un rapport de démultiplication supérieur ou inférieur ?
Si vous voulez une meilleure consommation de carburant et moins de bruit, alors vous voudrez un rapport de démultiplication plus élevé. Que signifie un rapport de démultiplication de 4,11 ?
C'est un rapport de démultiplication idéal pour la conduite quotidienne. Voulez-vous un rapport de démultiplication supérieur ou inférieur ?
Si vous voulez une capacité de remorquage optimale, vous voudrez un rapport de démultiplication plus élevé d'au moins 4,56. Tout ce qui est inférieur sera bon pour l'économie de carburant et la conduite quotidienne. Quel rapport de démultiplication est le meilleur ?
En fonction de votre véhicule et du résultat souhaité, vous devez comparer le rapport de démultiplication avec la taille des pneus. Vous pouvez consulter ce tableau HowStuffWorks pour en savoir plus.
