TL; DR
Les défaillances des réducteurs industriels proviennent de sept grandes catégories : endommagement des engrenages, détérioration des roulements, défaillance des joints d’étanchéité, problèmes de lubrification, défaut d’alignement, déséquilibre et contraintes opérationnelles. Ces défaillances surviennent rarement de manière isolée ; un petit problème dans une zone peut rapidement entraîner des dommages à l’ensemble du système. si elle n'est pas détectée tôt.
1. Défaillances liées aux engrenages
Usure des équipements
L'usure des engrenages se produit lorsque les surfaces métalliques frottent les unes contre les autres en fonctionnement normal. L'usure par abrasion se produit lorsque des particules dures présentes dans l'huile érodent les dents des engrenages comme du papier de verre. On observe ce phénomène comme un aspect poli et usé sur les surfaces des dents.
L'usure adhésive est différente : elle se produit lorsque les surfaces des engrenages se collent momentanément sous une forte pression, puis se déchirent. Cela crée une surface rugueuse et déchirée qui donne l'impression que des morceaux de métal ont été arrachés.
Piqûres et micro-piqûres
Les piqûres se manifestent par de petits cratères sur la surface des dents des engrenages. Ces trous se forment lorsque des contraintes répétées provoquent de minuscules fissures qui finissent par briser des morceaux de métal.
Les micro-piqûres ressemblent à une apparence grise et givrée sur la surface de l'engrenage – il s'agit essentiellement de millions de minuscules piqûres trop petites pour être vues individuellement.
Fissuration et rupture des dents d'engrenage
Les fissures dans les dents des engrenages commencent souvent à la racine, là où les contraintes se concentrent pendant le fonctionnement. Ces fissures se développent lentement au début, puis rapidement lorsqu'elles atteignent une taille critique.
La rupture complète d'une dent survient généralement soudainement après qu'une fissure l'ait suffisamment fragilisée. La pièce brisée peut alors endommager d'autres engrenages, roulements et composants lors de son déplacement dans la réducteur.
Contrecoup excessif
Le jeu est l'écart entre les dents d'un engrenage lorsqu'elles s'engrènent. Un certain jeu est normal et nécessaire, mais un jeu trop important peut engendrer des problèmes.
Éraflures/adhérence
Le grippage se produit lorsque le film d'huile entre les dents des engrenages se rompt complètement. Les surfaces métalliques nues se soudent momentanément, puis se déchirent tandis que les engrenages continuent de tourner.
Des vitesses élevées, des charges lourdes ou une lubrification inadéquate provoquent généralement des éraflures. Une fois le problème commencé, les surfaces rugueuses génèrent davantage de chaleur et de frottement, ce qui aggrave rapidement le problème.
2. Défaillances des roulements
Écaillage par fatigue
L'écaillage se manifeste par un écaillage ou un pelage sur les pistes de roulement et les éléments roulants. La fatigue du métal due à des cycles de contraintes répétés provoque des fissures sous-jacentes qui finissent par atteindre la surface. Des morceaux de métal se détachent alors, laissant des piqûres ou des cratères.
Brinell
Le véritable effet Brinell crée des empreintes permanentes dans les chemins de roulement. Ces empreintes se forment lorsque les charges d'impact dépassent la limite d'élasticité du métal. Vous verrez des marques régulièrement espacées correspondant à la position des éléments roulants.
La corrosion de contact (ou faux Brinelling) est similaire, mais se produit différemment. Les vibrations provoquent de légers mouvements entre les composants fixes du roulement, usant le matériau et créant des dépressions.
Érosion/arc électrique
Le courant électrique traversant les roulements crée des dommages par arc électrique qui ressemblent à des motifs en planche à laver ou à des surfaces givrées. Chaque étincelle enlève une infime quantité de métal, créant des piqûres et des cratères.
Dommages à la cage
Les cages de roulement répartissent uniformément les éléments roulants et les empêchent de se toucher. Les défaillances des cages favorisent l'agglomération des éléments roulants, créant une charge inégale et une défaillance rapide. Des fissures, des cassures ou une usure importante indiquent un problème de cage.
Portez
L'usure abrasive se produit lorsque des particules dures présentes dans le lubrifiant érodent les surfaces des roulements.
L'usure corrosive résulte d'une attaque chimique sur les métaux des roulements. Les surfaces corrodées apparaissent piquées ou gravées et perdent leur couche d'oxyde protectrice.
3. Défaillances d'étanchéité
Dégradation/érosion des matériaux
Les matériaux d’étanchéité se dégradent au fil du temps à cause de la chaleur, des attaques chimiques et des contraintes mécaniques.
L'érosion use les lèvres des joints au contact de l'arbre rotatif. Les joints érodés développent des rainures qui créent des fuites d'huile et des points d'entrée pour la contamination.
Dimensionnement/installation incorrect
Les joints sous-dimensionnés s'étirent lors de l'installation, réduisant ainsi leur durée de vie. Les joints surdimensionnés n'assurent pas un contact uniforme avec l'arbre, créant ainsi des fuites.
Des dommages d'installation peuvent facilement survenir avec des outils ou des techniques inappropriés. Des lèvres de joint déchirées, des bagues de renfort pliées ou des surfaces d'étanchéité endommagées empêchent un bon fonctionnement.
Dommages thermiques
Une chaleur excessive déforme les composants du joint et modifie les propriétés des matériaux.
Les cycles thermiques créent des contraintes supplémentaires lorsque les joints se dilatent et se contractent de manière répétée. Cela entraîne des fissures de fatigue et des déformations permanentes.
4. Défaillances du système de lubrification
Lubrification insuffisante (sous-lubrification)
Faire fonctionner les réducteurs avec un niveau d'huile insuffisant provoque un contact métal contre métal entre les composants. Cela génère une chaleur excessive et une usure rapide. Les dents des engrenages prennent une couleur bleutée ou paille en raison de la surchauffe.
Lubrification excessive (surlubrification)
L'excès d'huile bouillonne et mousse, emprisonnant des bulles d'air qui réduisent la capacité de charge. Ce fluide supplémentaire génère également de la chaleur par traînée visqueuse.
Lubrifiant contaminé
La saleté, les particules métalliques et l’eau transforment l’huile en une boue abrasive qui accélère l’usure.
Type/viscosité de lubrifiant incorrect
L’utilisation d’un type d’huile inapproprié empêche la formation d’un film correct entre les composants.
Les huiles trop fluides favorisent le contact avec le métal sous charge. Les huiles trop épaisses ne s'écoulent pas correctement vers tous les composants et génèrent une chaleur excessive.
Dégradation des lubrifiants
L'huile se dégrade avec le temps sous l'effet de la chaleur, de l'oxydation et de la contamination. L'huile dégradée noircit et dégage une odeur de brûlé. Les variations de viscosité empêchent la formation d'un film correct, tandis que les additifs épuisés ne protègent plus les surfaces.
5.Désalignement
Désalignement angulaire
Un désalignement angulaire se produit lorsque les axes des arbres se croisent à angle droit plutôt que parallèlement. Cela crée une charge inégale sur les faces des engrenages et les chemins de roulement.
Désalignement parallèle (décalage)
Un défaut d'alignement parallèle se produit lorsque les axes des arbres sont parallèles mais ne coïncident pas. Ce décalage engendre une charge radiale constante sur les roulements et un engrènement irrégulier.
Désalignement combiné
La plupart des désalignements réels combinent des composantes angulaires et décalées. Cela crée des schémas de charge complexes qui évoluent à chaque cycle de rotation.
Désalignement dû à la dilatation thermique
Un équipement parfaitement aligné à froid se décale souvent à température de fonctionnement. Les matériaux se dilatent à des vitesses différentes, modifiant ainsi la position des arbres.
pied mou
Un pied bancal se produit lorsque les pieds de la machine ne touchent pas uniformément les surfaces de montage. Cela crée un support élastique qui permet le mouvement sous charge.
Désalignement induit par résonance
Le fonctionnement à des fréquences proches de celles naturelles provoque des vibrations excessives qui déplacent les composants hors de leur position.
6. Déséquilibre
Les composants rotatifs doivent avoir une masse uniformément répartie autour de leur axe. Un déséquilibre crée des forces centrifuges qui augmentent avec le carré de la vitesse. Ces forces courbent les arbres, surchargent les roulements et génèrent de fortes vibrations.
7. Facteurs de stress opérationnels
Surcharge
Faire fonctionner les réducteurs au-delà de leur couple nominal surcharge tous les composants. Les engrenages subissent des contraintes de contact plus importantes, ce qui entraîne une usure et des piqûres rapides.
Chocs/Changements de charge soudains
Les charges d'impact dues aux démarrages et arrêts brusques ou aux perturbations de processus créent des forces bien supérieures aux niveaux de fonctionnement normaux. Ces chocs peuvent fissurer les dents des engrenages, les roulements Brinell et endommager instantanément les accouplements.
Vitesses excessives
Un fonctionnement au-delà des vitesses de conception crée des problèmes dans les réducteurs. Les forces centrifuges augmentent considérablement, ce qui peut entraîner une fuite d'huile des composants. Les roulements peuvent dépasser leur vitesse nominale, provoquant une usure rapide ou un grippage.
Démarrages/arrêts fréquents (fatigue cyclique)
Les démarrages et les arrêts créent des cycles de stress qui s'accumulent au fil du temps. Chaque cycle provoque des dommages microscopiques qui finissent par entraîner des fissures et des défaillances.
