Fabrication digitale de mécanisme à engrenages

Publié Par le 22/06/2017


Dans un précédent article nous vous avons proposé de créer vos propres engrenages grâce au service de découpe laser en ligne de Sculpteo. Ce nouvel article se focalise lui sur les solutions que peuvent apporter la découpe laser et l’impression 3D lors de la réalisation d’un train d’engrenage.

I. Entraînement d’un engrenage.

Il y a deux façons d’entraîner un couple de roues dentées.

Entraînement par la denture

C’est la première image qui nous vient à l’esprit quand l’on pense à des engrenages. Le couple de roues dentées est relié par leurs dents. Pour placer le couple à la bonne distance, les surfaces primitives (pitch surfaces) doivent être en contact. Il s’agit, pour les engrenages droits, des cylindres générés par les cercles primitifs. Pour les engrenages coniques, ces surfaces primitives sont les cônes générés par les cercles primitifs et l’angle de contact.

Pour les engrenages droits, la distance entre les axes est Module x (Nombre_de_dents_1 + Nombre_de_dents_2)/2

Entraînement par l’axe

L’autre manière de lier de multiples roues dentées est par l’axe de rotation ou, arbre de transmission. Le plus souvent cela est fait à l’aide de clavettes insérées dans une rainure de l’arbre de transmission ou grâce à un arbre cannelé. La fabrication digitale vous permet de réaliser facilement la géométrie que vous souhaitez pour le passage du couple entre la roue et l’arbre. Dans le cas d’un train d’engrenage fait par impression 3D il est facile de joindre les engrenages lors de la modélisation.

En joignant les engrenages par leur axe de rotation il est possible de modifier le module ou changer le mode de transition pour la prochaine pièce du mécanisme (courroie, bielle, croix de malte….)

Nos meilleurs matériaux pour les engrenages sont le POM ou le MDF, retrouvez tous nos matériaux de découpe laser.

II. Train d’engrenage

C’est au sein d’un mécanisme complexe que les engrenages sont les plus utiles. On appelle une suite d’engrenages un train d’engrenage. Comme indiqué dans notre dernier article sur les engrenages, le ratio de déplacement angulaire d’un couple d’engrenage est donné par la formule suivante:

En couplant les deux différents modes d’assemblages cela permet de multiplier les rapports. Dans la vidéo ci-dessous , le train d’engrenage est composé de :

Z1=35
Z2-1=13
Z2-2=35
Z3-1=13
Z3-2=40
Z4=35
Z5=35

Alors le calcul du ratio s’effectue selon :

Le ratio entre l’entrée et la sortie est de 0.121

Astuce :  Lors de la découpe laser, pour des formes complexes et denses, la dissipation thermique n’est parfois pas suffisante. Pour éviter de dégrader votre matière il est préférable, pour le POM 5mm de ne pas prendre un module inférieur à 2mm.Si vous avez tout de même besoin d’éléments fins avec une épaisseur importante, augmentez l’angle de pression pour répartir l’apport calorifique.

smallest gear 5mm black pom 20

III Modélisation 3D

La découpe laser fournit des pièces sur mesure très résistantes à un prix très abordable. Cependant pour des formes encore plus complexes, l’impression 3D est très avantageuse.Elle permet de faire tous types d’engrenages.

Il est possible de créer des engrenages avec la plupart des logiciels de modélisation 3D ou d’en télécharger depuis une marketplace de designs 3D. Il existe aussi des utilitaires proposant la génération paramétrique d’engrenages. Pour vous aider à réaliser vos modèles pour l’impression 3D, vous pouvez consulter nos tutoriels.

Ici nous avons réalisé un engrenage à nutation qui permet dans un espace réduit d’avoir un grand rapport de réduction tout en conservant une grande résistance des dents et un minimum de contrecoup. Il possède une couronne fixe, une couronne mobile qui sert de sortie, deux engrenages coniques en nutation s’engrenant dans les précédents.

Bien que la modélisation de cette pièce soit assez complexe, la fabrication peut se faire en une seule étape grâce à la fabrication additive. En fabrication traditionnelle il aurait fallu un grand nombre d’étapes de fabrication et une étape d’assemblage complexe. Pour en savoir plus sur les bénéfices de l’impression 3D concernant l’assemblage de pièces, consultez cet article.

Pour la réalisation d’engrenages en impression 3D nous vous conseillons notre Nylon chargé verre. Sa base de poudre de polyamide vous permet une grande liberté en termes de design tandis que le renforcement de sa structure par des billes de verres ajoute une très bonne résistance à l’usure ainsi qu’une bonne résistance aux conditions environnementales.

Télécharger tout de suite votre fichier 3D et imprimez vos engrenages !

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