Qu’est-ce qu’un engrenage à vis sans fin?

Un engrenage à vis sans fin est un engrenage constitué d’un arbre avec un filetage en spirale qui s’engage avec et entraîne une roue dentée. Les engrenages à vis sans fin sont un ancien style d’engrenage et une version de l’une des six machines simples. Fondamentalement, un engrenage à vis sans fin est une vis butée contre ce qui ressemble à un engrenage droit standard avec des dents légèrement inclinées et incurvées.

Il modifie le mouvement de rotation de 90 degrés, et le plan de mouvement change également en raison de la position de la vis sans fin sur la roue à vis sans fin (ou simplement « la roue »)., Ils sont généralement composés d’une vis sans fin en acier et d’une roue en laiton.

la Figure 1. Engrenage à vis sans fin. La plupart des vers (mais pas tous) sont au fond.

fonctionnement des engrenages à vis sans fin

Un moteur électrique ou un moteur applique une puissance de rotation via la vis sans fin. Le ver tourne la roue, et la vis pousse sur les dents de la roue. La roue est poussée contre la charge.

L’engrenage à vis sans fin utilise

Il y a quelques raisons pour lesquelles on choisirait un engrenage à vis sans fin plutôt qu’un engrenage standard.

le premier est le rapport de réduction élevé., Un engrenage à vis sans fin peut avoir un rapport de réduction massif avec peu d’effort – tout ce qu’il faut faire est d’ajouter de la circonférence à la roue. Ainsi, vous pouvez l’utiliser pour augmenter considérablement le couple ou réduire considérablement la vitesse. Il faudra généralement plusieurs réductions d’un engrenage conventionnel pour atteindre le même niveau de réduction d’un seul engrenage à vis sans fin – ce qui signifie que les utilisateurs d’engrenages à vis sans fin ont moins de pièces mobiles et moins de lieux de défaillance.

Une deuxième raison d’utiliser un engrenage à vis sans fin est l’incapacité d’inverser la direction de la puissance., En raison du frottement entre la vis sans fin et la roue, il est pratiquement impossible pour une roue avec une force appliquée à elle de démarrer le mouvement de la vis sans fin.

sur un engrenage standard, l’entrée et la sortie peuvent être tournées indépendamment une fois qu’une force suffisante est appliquée. Cela nécessite d’ajouter un filet de sécurité à une boîte de vitesses standard, augmentant encore la complication du jeu de vitesses.

pourquoi ne pas utiliser des engrenages à vis sans fin

Il y a une raison particulièrement flagrante pour laquelle on ne choisirait pas un engrenage à vis sans fin plutôt qu’un engrenage standard: la lubrification. Le mouvement entre la vis sans fin et les faces d’engrenage de la roue est entièrement coulissant., Il n’y a aucun composant de roulement au contact ou à l’interaction de dent. Cela les rend relativement difficiles à lubrifier.

les lubrifiants requis ont généralement une viscosité très élevée (ISO 320 et plus) et sont donc difficiles à filtrer, et les lubrifiants requis sont généralement spécialisés dans ce qu’ils font, nécessitant qu’un produit soit sur place spécifiquement pour ce type d’équipement.

lubrification D’engrenage à vis sans fin

le principal problème avec un engrenage à vis sans fin est la façon dont il transfère la puissance. C’est une aubaine et une malédiction à la fois., Le mouvement en spirale permet d’énormes quantités de réduction dans une quantité relativement faible d’espace pour ce qui est nécessaire si un engrenage hélicoïdal standard était utilisé.

Ce mouvement en spirale provoque également une condition incroyablement problématique pour être le principal mode de transfert de puissance. Ceci est communément appelé frottement de glissement ou usure de glissement.

avec un ensemble d’engrenages typique, la puissance est transférée au point de charge maximal sur la dent (connu sous le nom d’apex ou de tangage), au moins dans un État d’usure par roulement., Glissement se produit sur chaque côté de l’apex, mais la vitesse est relativement faible.

avec un engrenage à vis sans fin, le mouvement de glissement est le seul transfert de puissance. Comme le ver glisse sur la dent de la roue, il frotte lentement le film lubrifiant, jusqu’à ce qu’il ne reste plus de film lubrifiant, et par conséquent, le ver frotte sur le métal de la roue dans un régime de lubrification limite. Lorsque la surface de la vis sans fin quitte la surface de la roue, elle récupère plus de lubrifiant et recommence le processus à la révolution suivante.,

le frottement de roulement sur une dent d’engrenage typique nécessite peu de film lubrifiant pour remplir les espaces et séparer les deux composants. Étant donné que le glissement se produit de chaque côté de l’apex de la dent d’engrenage, une viscosité de lubrifiant légèrement supérieure à celle strictement nécessaire pour l’usure par roulement est nécessaire pour surmonter cette charge. Le glissement se produit à une vitesse relativement faible.

la vis sans fin sur un engrenage à vis sans fin tourne, et en tournant, elle écrase contre la charge qui est imposée à la roue., La seule façon d’empêcher le ver de toucher la roue est d’avoir une épaisseur de film suffisamment grande pour ne pas avoir toute la surface de la dent essuyée avant que cette partie du ver ne soit hors de la zone de charge.

Ce scénario nécessite un type particulier de lubrifiant. Non seulement il devra être un lubrifiant à viscosité relativement élevée (et plus la charge ou la température est élevée, plus la viscosité doit être élevée), il doit avoir un moyen d’aider à surmonter la condition de glissement présente.

lisez la bonne façon de lubrifier les engrenages à vis sans fin pour en savoir plus sur ce sujet.,

viscosité

La viscosité est le facteur majeur pour empêcher la vis sans fin de toucher la roue dans un jeu d’engrenages à vis sans fin. Bien que la charge et la taille de l’engrenage déterminent le lubrifiant requis, une norme ISO 460 ou ISO 680 est assez courante et une norme ISO 1000 n’est pas inédite. Si vous avez déjà essayé de filtrer cette gamme de viscosité, vous savez que c’est problématique car il est probable qu’aucun des filtres ou pompes que vous avez sur place n’aura la taille ou la cote appropriée pour fonctionner correctement.

par conséquent, vous auriez probablement besoin d’obtenir une pompe et filtre pour ce type d’unité., Un lubrifiant visqueux nécessite une pompe à fonctionnement lent pour empêcher le lubrifiant d’activer la dérivation du filtre. Il faudra également un filtre de grande surface pour permettre au lubrifiant de s’écouler.

types de lubrifiants à rechercher

un type de lubrifiant couramment utilisé avec les engrenages à vis sans fin est les huiles pour engrenages composées à base minérale., Il n’y a aucun additif qui peut être mis dans un lubrifiant qui peut le faire surmonter l’usure glissante indéfiniment, mais la combinaison d’additifs gras naturels ou synthétiques dans les huiles pour engrenages composées se traduit par un bon pouvoir lubrifiant, offrant une mesure supplémentaire de protection contre le contact métal-métal.

un autre type de lubrifiant couramment utilisé avec les engrenages à vis sans fin est les huiles pour engrenages à pression extrême (EP) industrielles à base minérale. Il y a quelques problèmes avec ce type de lubrifiant si vous utilisez un engrenage à vis sans fin avec un composant en métal jaune (laiton)., Cependant, si vous avez des températures de fonctionnement relativement basses ou si aucun métal jaune n’est présent sur les surfaces des dents d’engrenage, ce lubrifiant fonctionne bien.

les lubrifiants pour engrenages en Polyalphaoléfine (PAO) fonctionnent bien dans les applications d’engrenages à vis sans fin car ils ont naturellement de bonnes propriétés lubrifiantes. Avec une huile pour engrenages PAO, il est nécessaire de surveiller le paquet d’additifs, car ceux-ci peuvent avoir des additifs EP. Une huile pour engrenages enrichie anti-usure (AW) standard est généralement acceptable, mais vérifiez que les propriétés sont compatibles avec la plupart des métaux.,

l’auteur recommande de surveiller de près les métaux d’usure dans les tests d’analyse d’huile pour s’assurer que le paquet AW n’est pas si réactif qu’il provoque une lixiviation importante du laiton. L’effet devrait être beaucoup moins que ce qui serait vu avec EP même dans le pire des cas pour la réactivité AW, mais il peut apparaître dans les tests de métaux. Si vous avez besoin d’un lubrifiant capable de supporter des températures plus élevées ou plus basses que la normale, un produit à base de PAO approprié est probablement disponible.

Les polyalkylèneglycols (PAG), un quatrième type de lubrifiant, sont de plus en plus courants., Ces lubrifiants ont d’excellentes propriétés lubrifiantes et ne contiennent pas les cires qui causent des problèmes à basse température avec de nombreux lubrifiants minéraux, ce qui en fait un excellent choix à basse température. Des précautions doivent être prises lors de l’utilisation d’huiles PAG car elles ne sont pas compatibles avec les huiles minérales, et certains joints et peintures.

métallurgie des engrenages à vis sans fin

Les engrenages à vis sans fin les plus courants sont fabriqués avec une roue en laiton et une vis sans fin en acier. En effet, la roue en laiton est généralement plus facile à remplacer que la vis sans fin elle-même. La roue est en laiton car elle est conçue pour être sacrificielle.,

dans le cas où les deux surfaces entrent en contact, la vis sans fin est légèrement à l’abri de l’usure car la roue est plus douce et, par conséquent, la majeure partie de l’usure se produit sur la roue. Les rapports d’analyse d’huile sur ce type d’unité montrent presque toujours un certain niveau de cuivre et de faibles niveaux de fer – à la suite de la roue sacrificielle.

Cette roue en laiton pose un autre problème dans l’équation de lubrification des engrenages à vis sans fin. Si une huile pour engrenages EP soufre-phosphore est placée dans le carter d’un engrenage à vis sans fin avec une roue en laiton et que la température est suffisamment élevée, l’additif EP s’active., Dans les engrenages en acier normaux, cette activation produit une fine couche d’oxydation sur la surface qui aide à protéger la dent d’engrenage des charges de choc et d’autres conditions mécaniques extrêmes.

sur la surface du laiton cependant, l’activation de L’additif EP entraîne une corrosion importante du soufre. En peu de temps, vous pouvez perdre une partie importante de la surface de charge de la roue et causer des dommages majeurs.,

autres matériaux
certains des matériaux moins courants trouvés dans les jeux d’engrenages à vis sans fin comprennent:

roue à vis sans fin en acier et roue à vis sans fin en acier – Cette application n’a pas les complications EP de l’engrenage en laiton, mais il n’y a pas de place pour l’erreur intégrée dans Les réparations sur les jeux d’engrenages à vis sans fin avec cette combinaison de métal sont généralement plus coûteuses et plus longues qu’avec un jeu d’engrenages à vis sans fin en laiton/acier. En effet, le transfert de matériau associé à la défaillance rend la vis sans fin et la roue inutilisables lors de la reconstruction.,

vis sans fin en laiton et roue à vis sans fin en laiton – cette application se trouve très probablement dans des situations de charge modérée à légère, car le laiton ne peut supporter qu’une charge inférieure. Le choix du lubrifiant sur cette combinaison de métal est flexible en raison de la charge plus légère, mais il faut toujours tenir compte des restrictions d’additifs concernant EP en raison du métal jaune.

plastique sur métal, sur plastique et autres combinaisons similaires – cela se trouve généralement dans les applications à charge relativement légère, telles que la robotique et les composants automobiles., Le choix du lubrifiant dépend du plastique utilisé, car de nombreuses variétés de plastique réagissent aux hydrocarbures dans le lubrifiant ordinaire et nécessitent donc des lubrifiants à base de silicium ou d’autres lubrifiants non réactifs.

bien qu’un engrenage à vis sans fin ait toujours quelques complications par rapport à un ensemble d’engrenages standard, il peut facilement être un équipement efficace et fiable. Avec un peu d’attention à la configuration et au choix du lubrifiant, les engrenages à vis sans fin peuvent fournir un service fiable ainsi que tout autre type d’ensemble d’engrenages.

lecture connexe
Ray Thibault. « Lubrification des engrenages à vis sans fin., » Machinery Lubrication magazine. May-June 2001.