Le mécanisme à vis sans fin et à engrenage à vis sans fin est couramment utilisé pour transmettre le mouvement et la puissance entre deux arbres qui se croisent. Dans le plan intermédiaire, la vis sans fin et l'engrenage à vis sans fin sont analogues à un engrenage et à une crémaillère, la vis sans fin ressemblant à une vis. Alors, quel est le principe de fonctionnement de la vis sans fin et de l'engrenage à vis sans fin ?
Dans un mécanisme à vis sans fin typique, les arbres se croisent à un angle de 90 degrés, la vis sans fin étant généralement l'élément moteur. Extérieurement, la vis sans fin ressemble à un boulon, tandis que l'engrenage à vis sans fin est similaire à un engrenage cylindrique hélicoïdal. Pendant le fonctionnement, les dents de l'engrenage de la roue à vis sans fin glissent et roulent le long de la surface hélicoïdale de la vis sans fin. Pour améliorer le contact entre les dents de l'engrenage, la roue à vis sans fin est réalisée avec une forme d'arc dans le sens de la largeur des dents, qui enferme la vis sans fin. De cette façon, l'engrènement de la vis sans fin et de la roue à vis sans fin est un contact linéaire plutôt qu'un contact ponctuel.
La transmission à vis sans fin se compose d'une vis sans fin et d'une roue à vis sans fin, la vis sans fin étant généralement l'élément moteur. Tout comme les filetages, les vis sans fin peuvent avoir des spirales à droite ou à gauche, et les transmissions à vis sans fin sont appelées transmissions à vis sans fin à droite ou à gauche. Une vis sans fin avec un seul filetage hélicoïdal est appelée vis sans fin à un seul pas, ce qui signifie qu'un tour complet de la vis sans fin entraîne la rotation de la roue à vis sans fin d'une dent. Si la vis sans fin a deux filetages hélicoïdaux, on parle de vis sans fin à double pas, donc un tour complet de la vis sans fin entraîne la rotation de la roue à vis sans fin de deux dents.
Caractéristiques des transmissions à vis sans fin :
Rapport de démultiplication élevé :Ils peuvent atteindre un rapport de démultiplication très élevé et sont plus compacts que les mécanismes à engrenages hélicoïdaux à arbres sécants.
Contact de la ligne :Les surfaces des dents engrenées ont un contact linéaire, ce qui offre une capacité de charge bien supérieure à celle des mécanismes à engrenages hélicoïdaux à arbres sécants.
Fonctionnement fluide :Les transmissions à vis sans fin sont équivalentes aux transmissions hélicoïdales et impliquent un engrènement à plusieurs dents, ce qui permet une transmission fluide et un faible bruit.
Autobloquant :Lorsque l'angle d'attaque de la vis sans fin est inférieur à l'angle de frottement équivalent des dents de l'engrenage, le mécanisme possède des propriétés d'auto-blocage. Cela permet un auto-blocage inverse, ce qui signifie que la vis sans fin peut entraîner la roue à vis sans fin, mais que la roue à vis sans fin ne peut pas entraîner la vis sans fin. Par exemple, dans les machines de levage, les mécanismes à vis sans fin autobloquants peuvent offrir une protection de sécurité.
Faible efficacité et usure élevée :L'efficacité est relativement faible en raison de la vitesse de glissement relative élevée entre les dents en prise, ce qui entraîne des pertes par frottement et une usure importantes. La vitesse de glissement élevée provoque également une usure importante de la surface des dents et une génération de chaleur. Pour améliorer le refroidissement et réduire l'usure, des matériaux anti-usure et une lubrification de haute qualité sont souvent utilisés, ce qui augmente le coût.
Grande force axiale :Le ver exerce une force axiale importante.
Dans les transmissions à vis sans fin, les modes de défaillance courants des dents de la roue à vis sans fin comprennent les piqûres, l'usure, le soudage et les fractures par flexion des dents. En raison du faible rendement, des vitesses de glissement élevées et de la tendance à la génération de chaleur, le soudage et l'usure sont plus courants. Pour éviter le soudage et réduire l'usure, les matériaux doivent avoir des propriétés antifriction, résistantes à l'usure et anti-soudure. En règle générale, les vis sans fin sont fabriquées en acier au carbone ou en acier allié, avec la surface hélicoïdale traitée thermiquement (par exemple, trempe et cémentation) pour obtenir une dureté élevée (HRC 45-63), puis rectifiée ou rodée pour améliorer la capacité de charge. Les roues à vis sans fin sont principalement en bronze, et parfois en laiton ou en fonte pour les transmissions à faible vitesse et non critiques. Pour éviter le soudage et réduire l'usure, de bonnes méthodes de lubrification avec des additifs anti-soudure doivent être utilisées. Il n'existe pas de méthodes de calcul matures pour le soudage et l'usure dans les transmissions à vis sans fin. La contrainte de contact sur la surface de la dent est un facteur clé à l'origine du soudage et de l'usure de la surface, de sorte que les calculs de résistance de contact restent fondamentaux. Dans certains cas, il peut également être nécessaire de vérifier la résistance à la flexion des dents. Les engrenages à vis sans fin ne nécessitent généralement pas de calculs de résistance pour les dents, mais il est nécessaire de vérifier la résistance et la rigidité de l'arbre à vis sans fin. Pour les transmissions fermées, des calculs d'équilibre thermique doivent être effectués. Si les calculs d'équilibre thermique ne sont pas satisfaisants, des ailettes de refroidissement ou des dispositifs de refroidissement forcé peuvent être ajoutés au boîtier extérieur. Les transmissions à vis sans fin sont couramment utilisées dans les applications avec des arbres sécants, où des rapports de transmission élevés sont nécessaires, ou pour transmettre une puissance relativement faible ou un travail intermittent. Lorsqu'une transmission de puissance élevée est requise, l'efficacité est souvent améliorée en sélectionnant Z1=2–4. De plus, comme l'autoblocage se produit avec un 1 plus petit, les engrenages à vis sans fin sont souvent utilisés dans les machines de levage comme les treuils pour la protection de sécurité. Ils sont également largement utilisés dans les machines-outils, les automobiles, les instruments, les machines de métallurgie et d'autres machines ou équipements en raison de la réduction de la consommation d'énergie.
