Demandez à l’expert: Édition 5/20/20

De temps en temps, je ferai quelques brèves questions et réponses à l’expert. Ces questions porteront sur des sujets qui vous sont très familiers, en particulier la conception des équipements, mais qui pourraient vous intéresser d’une manière ou d’une autre. Vous pourriez y penser comme une combinaison de Ask the Expert et de Back to Gear Basics. J’espère que vous trouverez cela utile non seulement pour vous, mais aussi pour vos collègues / employés.
Comme dit le proverbe – vous ne savez pas ce que vous ne savez pas.

Chuck Schultz

Aucun conseil pour rester sain d’esprit dans un monde fou cette semaine; nous avons des équipements importants pour nous tenir occupés! Un grand merci à ceux qui ont répondu à notre appel pour quelque chose d’intéressant à écrire. N’hésitez pas à soumettre plus de questions.

Deux questions sur l’angle d’hélice:

1. Je veux concevoir une paire d’engrenages hélicoïdaux en fonction de la puissance et de la vitesse de l’arbre, mais je ne sais pas quel angle d’hélice convient. Pourriez-vous m’aider avec ce problème? En fait, je veux savoir comment choisir l’angle d’hélice dans différentes situations.

2. Pourquoi ne pouvons-nous pas rectifier au-dessus des angles d’hélice de + ou – 45 degrés?

Pour un élément aussi fondamental de la conception des engrenages, l’angle d’hélice a fait l’objet de nombreuses informations erronées. Décompressons d’abord un peu d’histoire. En tant qu’industrie, nous avons fabriqué plus d’engrenages hélicoïdaux «à angle zéro», AKA – engrenages cylindriques – qu’autre chose. Ils sont simples à fabriquer et les premières méthodes de fabrication étaient nécessaires car la capacité de mouler ou d’usiner un flanc de dent à un angle n’était pas très répandue.

Sans entrer dans la théorie de la génération des dents, l’évolution de l’engrenage hélicoïdal s’est articulée sur l’amélioration à la fois des machines et des outils de coupe. Et lorsque le besoin d’augmenter la capacité de puissance est devenu évident, l’engrenage à chevrons était la «solution» initiale. Nos lecteurs internationaux connaissent probablement mieux les automobiles Citroën que les Américains; ce chevron sur leur logo est un chevron en l’honneur du premier brevet de leur fondateur sur ce type d’engin. Je ne sais pas si des préoccupations en matière de brevets ont été impliquées dans l’adoption éventuelle de 30 degrés comme angle d’hélice «standard» pour les chevrons. [One small aside — not all machines produce a 30 degree angle. One brand is ever so close to 30 degrees but not quite. Do not attempt to run parts made on two different brands of machine. A customer found that out the hard way!]

Avec les chevrons, l’angle d’hélice est une fonction des guides qui contrôlent la rotation du pignon comme une fraise. Pour changer l’angle d’hélice, vous passez un changement à changer les guides, ce qui donne des angles d’hélice très précis, mais pas une grande sélection. Je commence par les chevrons car ils ont eu un effet durable sur notre réflexion sur l’angle d’hélice. Les machines avec des angles d’hélice de 15, 20, 23, 30 et 45 degrés étaient couramment utilisées car les entreprises différenciaient leurs produits. Les fabricants d’outils ont répondu avec les outils de coupe appropriés.

Les machines à tailler avec la capacité de produire un angle d’hélice nécessitent un différentiel et / ou un mécanisme de changement de vitesse pour faire tourner la table de travail à une vitesse relative par rapport à la fraise. De gros livres sur les rapports de changement de vitesse étaient à portée de main pour déterminer quels engrenages mettre dans ce mécanisme; souvent, vous ne pouviez vous approcher que du nombre souhaité. Héritage des jours à chevrons, les plaques de cuisson sont toujours vendues avec des dimensions transversales pour correspondre à ce modèle d’angle d’hélice de 15, 20, 23, 30 et 45 degrés, en plus de la plaque de cuisson omniprésente à «engrenage droit».

Les machines-outils électroniques modernes nous ont libérés de la tyrannie du guide et du changement de vitesse. Pour répondre d’abord à la deuxième question: votre concepteur de machine a reconnu que très peu d’engrenages hélicoïdaux ont un angle d’hélice supérieur à 45 degrés. Une classe différente de machines – meuleuses à fil ou à vis sans fin – est utilisée pour le petit nombre d’engrenages conçus avec des angles d’hélice très élevés.

Certains ingénieurs ont appris que tout angle d’hélice supérieur à 20 degrés doit être évité; d’autres ont vu la pléthore d’angles à chevrons et ont suivi un chemin différent.

Au fur et à mesure que notre compréhension et notre expérience des engrenages hélicoïdaux simples se sont développées, nous reconnaissons l’effet de la force de «poussée» et du moment de «renversement» inhérent sur les roulements et autres composants. À condition que vos roulements et ajustements puissent s’adapter aux forces des dents, tout angle d’hélice «fonctionnera». D’autres considérations sont liées à l’action d’engrènement des dents. La largeur de la face et l’angle d’hélice correspondent au rapport de contact avec la face; pour obtenir une action hélicoïdale «vraie», le rapport de contact de face doit être supérieur à un. Les méthodes de calcul des notes pénalisent les conceptions qui ne respectent pas ce seuil. Jeu d’angle d’hélice très faible [generally less than 10 degrees] peut souffrir de problèmes de lubrification dans les applications à grande vitesse en raison de la vitesse de l’huile lorsqu’elle est comprimée axialement à travers le maillage.

J’essaie d’utiliser des angles d’hélice entre onze et trente degrés dans de nouveaux designs. L’angle exact dépend des outils de coupe disponibles et de la disposition des roulements. Les entreprises adoptent des politiques sur la sélection de l’angle d’hélice pour accélérer le processus de conception, mais parfois ces politiques ne reflètent pas les capacités actuelles ou la compréhension technique. Si vous rencontrez un «obstacle» politique, il serait peut-être temps de réexaminer les raisons de «l’ancienne recette familiale».

Le post Ask the Expert: 5/20/20 Edition est apparu en premier.