histoire
Dispositif d’engrenage grec antique déterré
En Occident, en 300 av. J.-C., le philosophe grec antique Aristote a décrit le problème de l’utilisation d’engrenages en bronze ou en fonte pour transmettre le mouvement de rotation dans les « Problèmes mécaniques ». Les célèbres érudits grecs Aristote et Archimède ont étudié les engrenages. Le célèbre inventeur grec Gutisibios a inséré uniformément des épingles sur le bord de la table circulaire pour la faire s’imbriquer avec la roue à broches. Il a appliqué ce mécanisme à la gravure. Nous sommes environ 150 av. J.-C. En 100 av. J.-C., Herron, l’inventeur alexandrin, invente l’odomètre et utilise des engrenages dans le compteur kilométrique. Au 1er siècle après JC, une transmission à engrenages a également été utilisée dans le moulin à roue à aubes fabriqué par l’architecte romain Pidobis. Au 14ème siècle, les engrenages ont commencé à être utilisés dans les horloges.
Engrenages en bronze de fer à la fin de la période des Royaumes combattants
Dans les premières années de la dynastie des Han de l’Est (1er siècle après JC), il y avait des engrenages à chevrons. La voiture guide et la voiture à tambour Jili apparues à l’époque des Trois Royaumes ont adopté un système de transmission à engrenages. Le moulin continu à rotation de l’eau inventé par Du Yu sous la dynastie Jin transmet la puissance de la roue à eau au moulin à pierre à travers des engrenages. La plus ancienne trace du système de transmission à engrenages dans les livres d’histoire est la description de la sphère armillaire faite par Xing Yi et Liang Lingzhan sous la dynastie Tang en 725. La table d’éléphant de l’instrument de transport d’eau (voir les anciennes montres chinoises) fabriquée sous la dynastie des Song du Nord utilisait un système d’engrenage compliqué. Sous la dynastie Ming, le « Wu Bei Zhi » de Mao Yuanyi (écrit en 1621) enregistrait une transmission à pignon et crémaillère. Un engrenage à cliquet en fer a été découvert dans les ruines de l’ancienne ville d’Anwuji, Hebei, fouillée en 1956. Le diamètre de la roue est d’environ 80 mm. Bien qu’il soit incomplet, la qualité du fer est meilleure. Après des recherches, il est confirmé que c’est la fin de la période des Royaumes combattants (3ème siècle avant JC). Produits de la dynastie des Han occidentaux (206 av. J.-C. à 24 apr. J.-C.). Des engrenages en bronze ont été mis au jour à Changjiaya, dans le comté de Yongji, dans la province du Shanxi, en 1954. En ce qui concerne les artefacts mis au jour à Tongkeng, on peut conclure qu’il s’agit des reliques de la dynastie Qin (221-206 av. J.-C.) ou du début de la dynastie des Han occidentaux. La roue a 40 dents et le diamètre est d’environ 25 mm. En ce qui concerne le but de l’engrenage à cliquet, aucune trace écrite n’a été trouvée jusqu’à présent, et il est supposé qu’il peut être utilisé pour le freinage afin d’empêcher l’essieu de tourner en arrière. Une paire d’engrenages à chevrons en bronze a été découverte dans le village de Hongqing, comté de Chang’an, province du Shaanxi en 1953. Sur la base de l’analyse de la structure de la tombe et des objets de la tombe, on peut déterminer que la paire d’engrenages provenait du début de la dynastie des Han de l’Est. Les deux roues ont 24 dents et un diamètre d’environ 15 mm. Le même équipement à chevrons a également été trouvé à Hengyang et dans d’autres endroits. [1]
Schéma de structure de transmission d’engrenage dans « Wu Bei Zhi »
Dès 1694, le spécialiste de l’Français PHILIPPE DE LA HIRE a proposé pour la première fois que l’involute puisse être utilisé comme courbe de profil dentaire. En 1733, le Français M.CAMUS a proposé que la normale commune du point de contact de la dent d’engrenage passe par le nœud sur la ligne centrale. Lorsqu’une ligne centrale instantanée auxiliaire roule uniquement le long de la ligne médiane instantanée (cercle de tangage) de la grande roue et de la petite roue, le profil de dent auxiliaire relié fixement à la ligne centrale instantanée auxiliaire forme deux profils de dents sur la grande roue et la petite roue. Les courbes sont conjuguées les unes aux autres, ce qui est le théorème de CAMUS. Il considère l’état de maillage des deux surfaces dentaires; il établit clairement le concept moderne de la trajectoire du point de contact. En 1765, le Suisse L. EULER met en avant la base mathématique pour l’étude analytique du profil de la dent involute, et clarifie la relation entre le rayon de courbure de la courbe du profil de la dent et le centre de courbure d’une paire d’engrenages qui sont maillés. Plus tard, SAVARY a complété cette méthode et est devenu l’équation EU-LET-SAVARY. La contribution à l’application du profil dentaire involute est ROTEFT WULLS. Il a proposé que lorsque la distance centrale change, le rapport involute a l’avantage d’un rapport de vitesse angulaire constant. En 1873, l’ingénieur allemand HOPPE a proposé le profil de dent involute d’engrenages avec différents nombres de dents lorsque l’angle de pression change, jetant ainsi les bases de la pensée des vitesses de changement de vitesse modernes.
À la fin du 19ème siècle, le principe de la méthode de découpe d’engrenages génératifs et l’émergence de machines-outils et d’outils spéciaux qui utilisaient ce principe pour couper des engrenages ont rendu le traitement des engrenages plus complet, et le profil de dent involute a montré de grands avantages. Tant que l’outil de coupe d’engrenage est légèrement déplacé de la position de maillage normale pendant la coupe d’engrenage, l’engrenage décalé correspondant peut être découpé sur la machine-outil avec un outil standard. En 1908, le MAAG suisse a étudié la méthode de déplacement et a produit la machine de façonnage d’engrenages. Plus tard, le BSS britannique, l’AGMA américain et le DIN allemand ont successivement proposé diverses méthodes de calcul pour le déplacement des engrenages.
Équipement à chevrons en bronze au début de la dynastie Han
Afin d’augmenter la durée de vie de l’engrenage de transmission de puissance et de réduire sa taille, en plus des améliorations apportées aux matériaux, au traitement thermique et à la structure, l’engrenage à dents d’arc a été développé. En 1907, le Britannique FRANK HUMPHRIS a publié pour la première fois le profil de la dent d’arc. En 1926, ERUEST WILDHABER a obtenu le droit de brevet pour l’engrenage hélicoïdal à profil de dent d’arc. En 1955, M. L. NOVIKOV de l’Union soviétique a terminé la recherche pratique sur les engrenages à dents d’arc et a remporté la médaille Lénine. En 1970, l’ingénieur de la société ROLH-ROYCE R.M. STUDER a obtenu un brevet américain pour les engrenages à double arc circulaire. Ce type d’équipement a été de plus en plus pris en compte par les gens, et il a joué un rôle important dans la production.
Les engrenages sont des pièces mécaniques dentées qui peuvent s’imbriquer les unes avec les autres. Ils sont largement utilisés dans la transmission mécanique et dans l’ensemble du domaine mécanique. La technologie moderne des engrenages a atteint: module d’engrenage de 0,004 à 100 mm; diamètre de l’engrenage de 1 mm à 150 mètres; la puissance de transmission peut atteindre jusqu’à 100 000 kilowatts; la vitesse de rotation peut atteindre des centaines de milliers de tours par minute; la vitesse périphérique la plus élevée peut atteindre 300 mètres / seconde.
Avec le développement de la production, la fluidité du fonctionnement des engrenages a été valorisée. En 1674, l’astronome danois Romer a proposé pour la première fois d’utiliser un épicycloïde comme courbe de profil dentaire pour obtenir un engrenage qui fonctionne bien.
Au cours de la révolution industrielle du 18ème siècle, la technologie des engrenages s’est développée rapidement et les gens ont mené de nombreuses recherches sur les engrenages. En 1733, le mathématicien Français Kami publia la loi fondamentale du maillage des profils dentaires ; en 1765, le mathématicien suisse Euler a suggéré l’utilisation de l’involute comme courbe de profil de dent.
Les machines à engrenages et les machines de façonnage d’engrenages sont apparues au 19ème siècle pour résoudre le problème de la production de masse d’engrenages de haute précision. En 1900, Profort a installé un dispositif différentiel pour la machine à engrenages, qui peut traiter les engrenages hélicoïdaux sur la machine à engrenages. Depuis lors, la machine à engrenages est devenue populaire et la méthode générative présente un avantage écrasant dans le traitement des engrenages. Les engrenages involutes sont devenus les engins les plus utilisés. .
En 1899, Rasche a d’abord mis en œuvre le schéma de changement de vitesse. Le rapport décalé peut non seulement éviter la sous-coupe des dents de l’engrenage, mais peut également correspondre à la distance centrale et améliorer la capacité de charge du rapport. En 1923, l’American Wild Haber a proposé pour la première fois un engrenage avec un profil de dent d’arc circulaire. En 1955, Sunovykov a mené une étude approfondie sur l’engrenage à arc circulaire, et l’engrenage à arc circulaire a ensuite été utilisé dans la production. Ce type d’engrenage a une capacité de charge et une efficacité élevées, mais il n’est pas aussi facile à fabriquer que les engrenages involutes, et il a besoin d’être amélioré.
