Quels sont les matériaux courants pour les engrenages ? Dans quels scénarios sont-ils chacun applicables ?

Les engrenages jouent un rôle crucial dans la transmission de puissance car ils transfèrent le mouvement et le couple entre les composants. La performance des engrenages dépend du type de matière première utilisée pour leur fabrication. Cet article répondra à la question « Quels sont les matériaux courants pour les engrenages ? » Vous découvrirez également les avantages de ces matériaux et les scénarios applicables.

Engrenages en alliage de cuivre

Les alliages de cuivre sont utilisés pour des conditions de fonctionnement difficiles. Les trois plus courants sont le laiton, le bronze phosphoreux et le bronze aluminium. 

• Laiton : Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. La quantité de zinc contenue dans les alliages de laiton est différente et sa teneur modifie la ductilité de l'alliage. Par exemple, une faible teneur en zinc maintient un niveau élevé de ductilité, tandis qu'une teneur élevée en zinc réduit la ductilité de l'alliage. La teneur en cuivre se traduit par une usinabilité facile et des avantages antimicrobiens.

Les engrenages en laiton , tels que les engrenages droits, sont principalement utilisés dans des environnements à faible charge où les contraintes sont minimes. 

• Bronze phosphoreux : Le bronze phosphoreux est un alliage de cuivre composé de cuivre, d’étain et de phosphore. La teneur en étain augmente la résistance de l'alliage, tandis que le phosphore améliore la rigidité. Le bronze phosphoreux convient particulièrement aux composants d'entraînement à friction élevée. Il est également utilisé pour produire des roues à vis sans fin, qui peuvent résister à la dégradation due au lubrifiant. 

• Bronze d'aluminium : Le bronze d'aluminium est un alliage de cuivre composé de cuivre, d'aluminium, de fer, de nickel et de manganèse. Les engrenages fabriqués à partir d'alliages de bronze d'aluminium comprennent des engrenages hélicoïdaux à axes croisés, appelés engrenages à vis et roues à vis sans fin.

Avantages des engrenages en alliage de cuivre

• Résistance à la corrosion : Les alliages de cuivre ont une résistance élevée à la corrosion en raison de leur teneur en étain et en cuivre. De plus, l’ajout de phosphore améliore sa résistance à l’usure, le rendant capable de supporter plus de charges que les autres types de matériaux pour engrenages. 

• Ductilité : Les alliages de cuivre à faible teneur en zinc ont une ductilité élevée. Cela signifie que les engrenages en alliage de cuivre sont malléables. Leur forme peut être modifiée sans compromettre leur solidité. 

Scénarios applicables aux engrenages en alliage de cuivre

Les engrenages en alliage de cuivre sont utilisés dans des applications qui peuvent résister sans défaillance à un couple élevé, à une vitesse élevée et à des charges de choc. Certaines de ces applications incluent :

• Machinerie lourde

• Équipement minier

• Systèmes de transmission automobiles

• Opérations industrielles à forte charge

• Matériel de chantier

Engrenages en alliage de fer

Les alliages de fer sont utilisés dans les situations où la conception d'un engrenage nécessite une résistance matérielle supérieure. Sous sa forme brute, la fonte grise peut être usinée pour fabriquer des engrenages. Il existe différents types d'engrenages en alliage de fer. 

• Fonte : Les engrenages en fonte sont un matériau traditionnel pour les engrenages, disponible sous différentes formes. C'est un choix idéal pour les engrenages qui exigent un contrôle des vibrations et un prix abordable. 

• Engrenages en acier : L’acier est un alliage de carbone, de fer et d’autres éléments. Il existe de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable. Les alliages d'acier au carbone sont utilisés pour la plupart des types d'engrenages car ils peuvent être durcis et sont largement disponibles. L'acier au carbone peut être classé en acier doux, en acier à moyenne teneur en carbone et en acier à haute teneur en carbone.

Les alliages de carbone en acier doux ont une teneur en carbone inférieure à 0,3 %. L'acier à haute teneur en carbone a une teneur en carbone supérieure à 0,6 %, tandis que l'acier à moyenne teneur en carbone a une teneur en carbone comprise entre les deux. Ces aciers sont utilisés pour produire des engrenages droits, des engrenages hélicoïdaux, des crémaillères, des vis sans fin et des engrenages coniques. 

Les aciers au carbone peuvent être trempés par induction, trempés au laser ou cémentés. Les aciers alliés au carbone contiennent des éléments supplémentaires comme l'aluminium, le chrome, le cuivre et le nickel qui les rendent plus résistants que l'acier au carbone ordinaire. 

Les aciers inoxydables ont une teneur minimale en chrome de 11 % et contiennent des éléments supplémentaires comme le nickel, l'azote, le soufre, le phosphore et le silicium. L'acier inoxydable est divisé en ferritique, austénitique, martensitique et durci par précipitation.

Les engrenages en acier ferritique sont magnétiques et sont désignés comme aciers inoxydables de la série 300, tandis que les engrenages austénitiques ne sont pas magnétiques et sont désignés comme des aciers inoxydables de la série 400. 

Avantages des engrenages en alliage de fer

• Résistance à l’usure : les engrenages en alliage de fer offrent une résistance à l’usure exceptionnelle et peuvent supporter de lourdes charges. Ils peuvent également résister à l’usure pendant plus de cycles.

• Propriétés d'amortissement du bruit : les engrenages en alliage de fer ont d'excellentes propriétés d'amortissement des vibrations et du bruit. Ainsi, ils sont utiles dans les situations qui nécessitent un fonctionnement fluide et silencieux.

• Résistance à la corrosion : les engrenages en alliage de fer ont une résistance améliorée à la corrosion, ce qui les rend idéaux pour les environnements humides ou les applications hygiéniques. 

• Usinabilité facile : les engrenages en alliage de fer sont faciles à usiner et peuvent être moulés dans des formes complexes. Ils sont également peu coûteux, car vous pouvez les trouver autour de chez vous.

Scénarios applicables aux engrenages en alliage de fer

Les engrenages en alliage de fer sont utilisés dans les applications de grande envergure et lourdes qui nécessitent un fonctionnement silencieux. Voici quelques exemples :

• Bases de machinerie lourde

• Grandes boîtes de vitesses industrielles

• Systèmes à vitesse faible à moyenne

Engrenages en alliage d'acier à outils

Les alliages d'acier à outils contiennent des traces de cobalt, de molybdène, de tungstène et de vanadium. Ces éléments supplémentaires 

Avantages des engrenages en alliage d'acier à outils

• Résistance à la chaleur : les alliages d’acier à outils conservent leur dureté même à des températures élevées, ce qui les rend idéaux pour les applications de moulage sous pression. 

• Durabilité et stabilité : ces engrenages sont stables et résistent à la déformation sous des contraintes mécaniques élevées, garantissant une haute précision et des tolérances serrées.

• Dureté et résistance à l’usure : les alliages d’acier à outils ont une résistance élevée à l’usure, conservant leurs arêtes vives au fil du temps. 

Scénarios applicables aux engrenages en alliage d'acier à outils

• Transmission automobile à grande vitesse

• Formage des métaux

• Applications aérospatiales

• Mines et machinerie lourde

• Environnements d'exploitation à haute température 

Engrenages en alliage d'aluminium

Les alliages d'aluminium constituent une bonne alternative aux engrenages en alliage de fer dans les applications qui nécessitent un rapport résistance/poids élevé. Ces alliages représentent un tiers du poids des alliages d’acier de même taille. Ils subissent généralement une finition de surface, appelée passivation, pour les protéger de l'oxydation et de la corrosion. La passivation recouvre la surface, protégeant les engrenages de tout dommage supplémentaire. 

Les engrenages en alliage d'aluminium sont utilisés pour produire des engrenages droits, des engrenages hélicoïdaux, des engrenages coniques à dents droites et des crémaillères.

Avantages des engrenages en alliage d'aluminium

• Facile à usiner : ces engrenages ont une usinabilité améliorée qui leur permet de prendre facilement des formes et des conceptions complexes. 

• Résistance aux contraintes : les engrenages en alliage d'aluminium, en particulier les aluminium 2024 et 7075, ont une haute résistance qui résiste aux contraintes. 

• Résistance à la corrosion : Ces engrenages, associant silicium et magnésium, ont une bonne résistance à la corrosion. Ils sont également soudables. 

Scénarios applicables aux engrenages en alliage d'aluminium

Les engrenages en alliage d'aluminium sont utilisés dans les applications suivantes :

• Industrie aérospatiale

• Robotique et automatisation, y compris les sous-systèmes automobiles

• Équipement marin et extérieur

• Boîtes de vitesses à grande vitesse ou fermées

Engrenages thermoplastiques

Les engrenages en thermoplastiques sont souvent usinés comme des engrenages métalliques. Cependant, certains thermoplastiques conviennent à la fabrication par moulage par injection. L'un des engrenages les plus couramment produits de cette manière est l'acétal, également appelé polyacétal ou polyoxyméthylène (POM). 

Le polyoxyméthylène est disponible sous deux formes : (1) homopolymère et (2) copolymère. Les engrenages tels que les engrenages droits, les engrenages hélicoïdaux, les engrenages coniques et les crémaillères peuvent être fabriqués à partir de l'un ou l'autre d'entre eux. 

Une autre forme de thermoplastique est l'engrenage en nylon. Les engrenages en nylon peuvent être produits avec des fibres de verre ou de carbone, possédant une résistance mécanique élevée. Ils sont utilisés pour produire des roues à vis sans fin, des crémaillères, des engrenages droits et des engrenages coniques à dents droites.   

Avantages des engrenages thermoplastiques

• Stabilité dimensionnelle : ces engrenages maintiennent la stabilité dimensionnelle dans de larges plages de températures. 

• Autolubrifiants : Ces engrenages sont autolubrifiants et possèdent donc un excellent matériau pour les surfaces d'usure. 

• Absorber les vibrations : Les thermoplastiques, tels que le nylon, absorbent parfaitement les vibrations, ce qui les rend adaptés à un fonctionnement silencieux. 

Scénarios applicables aux engrenages thermoplastiques

Les engrenages thermoplastiques sont utilisés dans des scénarios nécessitant un faible bruit et une réduction de poids. En voici quelques exemples :

• Electronique grand public et électroménager

• Appareils médicaux et de soins de santé

• Applications industrielles et robotiques

• Jouets et loisirs

• Matériel de bureau et outils spécialisés

Facteurs influençant la sélection des matériaux d'engrenage

• Exigences d'application : sélectionnez le matériau de votre engrenage en fonction des exigences de l'application. Par exemple, si l'engrenage doit fonctionner sous une charge importante, utilisez un acier allié à haute résistance. Un engrenage en acier inoxydable convient particulièrement aux environnements humides ou chimiquement corrosifs. 

• Conditions de fonctionnement : Tenez compte des conditions de fonctionnement, par exemple la température, l'humidité et la corrosion chimique. Sélectionnez un équipement capable de résister aux conditions de fonctionnement et de rester stable et durable.

• Coût : lors du choix du matériau d’engrenage, évaluez la rentabilité globale. Choisissez un équipement performant s’il correspond à votre budget. Cela offrira des avantages significatifs d’une durée de vie plus longue. 

• Utilisez la technologie moderne : utilisez la technologie moderne pour examiner les performances du matériau de votre engrenage. Cela vous aidera à choisir une option de matériau d'engrenage qui fonctionnera bien dans certaines conditions et évitera les pannes.

• Choisissez un fournisseur réputé : collaborez étroitement avec un fournisseur de confiance pour garantir la qualité et la cohérence des matériaux des engrenages. Leur expérience vous aidera à sélectionner le matériel le plus adapté à votre application. 

• Effectuer des tests de matériaux : effectuez des tests de matériaux en continu pour vérifier les performances des engrenages. Cela vous permettra de connaître les qualités mécaniques et la résistance à l’usure des engrenages. Il vous aidera également à identifier les éventuels points faibles et à résoudre les problèmes à un stade précoce.

Conclusion

Cet article a décrit les matériaux courants pour les engrenages, leurs scénarios applicables et comment sélectionner celui qui convient le mieux. Le bon matériau améliorera l’efficacité et la fiabilité de votre système de transmission et permettra en outre à votre entreprise de réussir dans un environnement concurrentiel.

Entrez en contact avec HANGZHOU PERPETUAL MACHINERY & EQUIPMENT Co., LTD. au cas où vous souhaiteriez en savoir plus ou si vous avez besoin d’un expert.

FAQ

Quel est le matériau le plus résistant pour les engrenages ?

Le matériau le plus résistant pour les engrenages est l’acier allié cémenté. Ces engrenages offrent une dureté de surface élevée et une ductilité élevée pour éviter la fatigue et l'usure.

Les engrenages en plastique sont-ils suffisamment durables pour un usage industriel ?

Oui, les engrenages en plastique sont suffisamment durables pour un usage industriel, à condition qu'ils soient utilisés dans des applications légères à moyennes. Cependant, ils ne sont pas idéaux pour les machines lourdes. 

Quel est le matériau d’engrenage le plus rentable ?

L'acier au carbone est le matériau d'engrenage le plus rentable. Il est largement disponible et facile à usiner, ce qui le rend idéal pour les applications à faible coût.

Quel est le meilleur matériau pour les engrenages ?

L'acier est le meilleur matériau pour les engrenages, offrant des propriétés élevées de résistance, de résistance à l'usure, de durabilité et d'hygiène. Ainsi, les engrenages en acier, notamment en acier inoxydable, sont utilisés dans les zones humides ou dans les scénarios où l'hygiène est requise.

L'aluminium peut-il être utilisé pour les engrenages ?

Oui, l’aluminium peut être utilisé pour les engrenages car ils possèdent une résistance à la corrosion, un faible poids et une faible inertie. Ils sont utilisés dans l’aérospatiale, la robotique et l’électronique grand public.