Les engrenages hélicoïdaux sont des composants essentiels des machines, mais ils sont sujets à divers modes de défaillance qui peuvent entraîner des temps d'arrêt et des réparations coûteux.
De la fatigue due à la flexion à la rupture des dents, ces défaillances sont souvent causées par des facteurs tels que la surcharge, le mauvais alignement et une lubrification inadéquate.
Dans cet article de blog, nous explorerons les modes de défaillance courants des engrenages hélicoïdaux.
Modes de défaillance des engrenages hélicoïdaux
Fatigue en flexion
La fatigue par flexion est l'un des modes de défaillance les plus courants des engrenages hélicoïdaux. Elle se produit en raison de contraintes répétées sur les dents de l'engrenage, provoquant l'apparition de fissures au niveau de la racine des dents. À mesure que l'engrenage continue de fonctionner sous une charge cyclique, ces fissures se propagent jusqu'à la rupture des dents.
Contacter Fatigue
La fatigue de contact se manifeste par des piqûres ou des écaillages sur les surfaces de contact des dents d'engrenages hélicoïdaux. Elle est provoquée par des contraintes de contact élevées et répétées qui dépassent la limite de durabilité de la surface du matériau de l'engrenage.
Éraflure
Le grippage est une forme grave d'usure adhésive qui se produit lorsque le film lubrifiant se décompose, permettant un contact métal sur métal entre les surfaces des dents d'engrenage correspondantes. Il se caractérise par une soudure localisée et un arrachement du matériau, ce qui donne un aspect rugueux, déchiré et gris mat.
Usure et abrasion
L'usure par abrasion se produit lorsque des aspérités ou des particules plus dures pénètrent dans la surface plus tendre des dents de l'engrenage et en retirent la matière. Elle peut être accélérée par la présence de contaminants tels que de la poussière, du sable ou des débris d'usure générés en interne.
L'usure adhésive se produit lorsque des microsoudures et des déchirures se produisent entre des aspérités en contact sous des pressions et des températures locales élevées.
Déformation plastique
La déformation plastique se produit lorsque les contraintes de contact dépassent la limite d'élasticité du matériau de l'engrenage, ce qui entraîne une déformation permanente des dents. Elle est plus fréquente dans les engrenages fabriqués à partir de matériaux plus tendres, ceux fonctionnant sous des charges élevées et à des températures élevées.
Un écoulement plastique peut également se produire en raison de fortes contraintes de contact et d'un échauffement par frottement localisé. Il modifie le profil des dents et affecte maille d'engrenage, et intensifie les charges dynamiques, conduisant à d’autres modes de défaillance.
Micropiqûres
Les micropiqûres apparaissent sous la forme d'une surface grise mate ou givrée sur les flancs des dents d'engrenages, causée par de nombreuses micropiqûres minuscules d'un diamètre généralement compris entre 10 et 20 microns. Il s'agit d'un phénomène de fatigue de surface résultant de cycles de contrainte répétés et de déformation plastique des aspérités de surface.
Piqûres et fatigue dentaires
Les piqûres sont une défaillance de surface due à la fatigue, caractérisée par de petites cavités sur la surface des dents d'engrenage formées par la propagation de fissures sous la surface sous l'effet de contraintes de contact répétées. Les piqûres se développent et se fondent dans des cavités plus grandes, entraînant une perte progressive du profil des dents.
Rupture de dent d'engrenage
La rupture des dents est un mode de défaillance catastrophique dans lequel une partie substantielle de la dent de l'engrenage se détache de la jante. Elle peut se produire en raison d'une surcharge, d'un impact ou du résultat final d'autres modes de défaillance progressive comme la fatigue par flexion ou les piqûres.
Causes des défaillances des engrenages hélicoïdaux
- Surcharge:Soumettre les engrenages à des charges dépassant leur capacité de conception conduit à divers modes de défaillance tels que la rupture des dents, les piqûres, les éraflures et la déformation plastique.
- Désalignement:Un mauvais alignement entre les engrenages correspondants entraîne une répartition inégale de la charge sur l'ensemble du Largeur frontale, concentrant les contraintes et accélérant la défaillance.
- Lubrification inadéquate:Une lubrification inefficace due à une sélection incorrecte de lubrifiant, à un approvisionnement insuffisant ou à un mauvais entretien peut entraîner une usure adhésive, des éraflures, des micropiqûres et une fatigue de contact.
- Contamination:La contamination des lubrifiants pour engrenages par des particules solides, de l’eau ou des produits chimiques liquides peut perturber les films lubrifiants et favoriser l’usure abrasive, la corrosion et la cavitation.
- Défauts matériels:La présence d’inclusions, de pores, de ségrégation ou d’une microstructure inappropriée dans le matériau de l’engrenage peut constituer des points faibles pour l’initiation et la propagation des fissures.
- Surcharge thermique:Une génération de chaleur excessive due à un glissement élevé, à un mauvais refroidissement ou à des températures ambiantes élevées peut décomposer les lubrifiants et compromettre les propriétés des matériaux des engrenages.
- Corrosion:L'exposition aux agents corrosifs de l'environnement ou aux produits de dégradation du lubrifiant peut entraîner une corrosion par piqûres, une gravure et une corrosion uniforme des surfaces des engrenages.
- Fluctuations de charge dynamiques:Les conditions de fonctionnement impliquant des charges de choc, des vibrations sévères ou une résonance peuvent induire des surcharges dynamiques et provoquer des fractures d'impact ou des défaillances par fatigue.
- Charges en porte-à-faux:La présence de charges en porte-à-faux excessives sur les arbres d'engrenages génère des moments de flexion et des désalignements supplémentaires, augmentant le risque de défaillances liées à la fatigue et à l'usure.
