Cet article explique en quoi consiste le mécanisme pignon-crémaillère et à quoi il sert. Vous y trouverez également les caractéristiques du mécanisme à crémaillère ainsi que les avantages et les inconvénients de ce type de mécanisme.
Qu'est-ce que le mécanisme à crémaillère et pignon ?
Le mécanisme à crémaillère est un mécanisme formé d'une roue dentée (pignon) et d'une barre à dents (crémaillère). Le mécanisme pignon-crémaillère sert à transformer le mouvement circulaire du pignon en un mouvement linéaire de la crémaillère.
Des exemples d'applications du mécanisme à crémaillère sont les tire-bouchons, le système de direction des automobiles, le mécanisme d'ouverture et de fermeture des portes des grues, des chemins de fer à crémaillère, certains actionneurs, etc.
Le fonctionnement du mécanisme pignon-crémaillère consiste à convertir le mouvement de rotation du pignon en un mouvement rectiligne effectué par la crémaillère. Les deux éléments mécaniques s'engrènent l'un dans l'autre, de sorte que la rotation du pignon fait avancer la crémaillère.
Pièces du mécanisme à crémaillère et pignon
Fondamentalement, le mécanisme à crémaillère et pignon comprend deux parties :
- Pignon : est la partie du mécanisme pignon-crémaillère qui réalise le mouvement de rotation. C'est une roue dentée qui engrène avec la crémaillère. Le pignon peut tourner dans les deux sens de rotation possibles, de sorte qu'en fonction du sens de rotation du pignon, la crémaillère se déplacera dans un sens ou dans un autre.
- Crémaillère : partie du mécanisme pignon-crémaillère qui réalise le mouvement rectiligne. C'est une barre rigide dotée de dents qui avance lorsque le pignon tourne. Le mécanisme à crémaillère étant réversible, le mouvement de la crémaillère peut également faire tourner le pignon, bien que cela soit très rare.
Caractéristiques du mécanisme à crémaillère et pignon
Le mécanisme à crémaillère présente les caractéristiques suivantes :
- Le mécanisme à crémaillère est réversible , c'est-à-dire qu'un mouvement tournant peut être transformé en mouvement rectiligne, ou un mouvement linéaire en mouvement circulaire. Ce type de mécanisme peut donc être utilisé de telle sorte que le mouvement de rotation du pignon entraîne le mouvement vers l'avant de la crémaillère, ou inversement, que le mouvement de la crémaillère entraîne la rotation du pignon. Généralement, le pignon est l'élément menant et la crémaillère est l'élément mené.
- Pour que le mécanisme pignon-crémaillère fonctionne correctement, la crémaillère et le pignon doivent avoir le même pas et, par conséquent, le même module . Ainsi, le module du pignon, et donc du mécanisme, peut être calculé en divisant le diamètre du pignon par son nombre de dents.
- La crémaillère et le pignon ont leurs dents en prise les unes avec les autres, par conséquent, pour chaque tour complet du pignon, la crémaillère déplacera autant de dents que le pignon en a . Ainsi, la distance parcourue par la crémaillère peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
- Dans un mécanisme à crémaillère et pignon, la vitesse de déplacement de la crémaillère est égale à la vitesse angulaire du pignon multipliée par le diamètre du pignon divisé par deux.
Où 
est le module, 
le diamètre de la roue et 
le nombre de dents de la roue.
Où 
est la distance parcourue par la fermeture éclair, le nombre de dents sur la roue et 
le nombre de dents de la fermeture éclair par centimètre .
Où 
est la vitesse linéaire de la crémaillère, 
est la vitesse de rotation du pignon et est le diamètre du pignon
Avantages et inconvénients du mécanisme à crémaillère et pignon
Avantages du mécanisme à crémaillère et pignon :
- Le mécanisme à crémaillère et pignon est très simple, ce qui le rend adaptable et flexible.
- Des puissances élevées peuvent être transmises avec le mécanisme à crémaillère et pignon.
- Il permet de changer le type de mouvement, car il transforme un mouvement rotatif en mouvement linéaire, ou inversement.
Inconvénients du mécanisme à crémaillère :
- Le mécanisme à crémaillère a besoin d'être lubrifié pour son bon fonctionnement.
- En général, le mécanisme à crémaillère et pignon est un système de transmission de mouvement bruyant.
- Dans le mécanisme à crémaillère, une forte usure se produit en raison du contact entre le pignon et la crémaillère.
Applications du mécanisme à crémaillère et pignon
En ingénierie, le mécanisme à crémaillère et pignon a de nombreuses applications. Par exemple, le mécanisme à crémaillère et pignon est utilisé dans les tire-bouchons, dans le mécanisme d'ouverture et de fermeture de certaines portes et même dans les perceuses à colonne.
De même, dans le secteur automobile, le mécanisme à crémaillère et pignon est utilisé dans la direction des automobiles. Ce mécanisme fait donc partie du système qui transmet le mouvement du volant du véhicule aux roues.
Enfin, une autre utilisation fréquente du mécanisme à crémaillère se situe dans le domaine des transports. Ainsi, les chemins de fer à crémaillère utilisent le mécanisme à crémaillère pour circuler dans les zones montagneuses aux pentes abruptes.