Les engrenages bio-composites

Les engrenages bio-composites 

D’une première main, Itagaki et al. , [25] utilisent des particules organiques issues de coques de riz dans le but de réduire la friction d’engrenages plastiques. L’intérêt environnemental de biosourcer une partie de la matière première est mis en évidence.

L’objectif de cet article est de réduire la friction , comparativement aux travaux de ce mémoire qui tentent de bonifier les propriétés mécaniques de la matrice utilisée .

Mijiyawa [24] étudie le comportement thermomécanique d’engrenages en composite à base de fibres de bouleau et d’une matrice de polyéthylène (HOPE). Il réalise ces essais sur un banc d’essai de fatigue rotatif et mesure principalement la température d’équilibre que peut atteindre un engrenage en mode de simulation en fonctionnement réel. La progression de la température au long de l’essai est également simulée par l’auteur en utilisant la méthode des différences finies. Quatre couples différents sont testés, soit 2.5 Nm, 5 Nm, 7.5 Nm et 10 Nm. Le modèle proposé corrèle assez bien avec l’évolution des températures d’équilibre pour une vitesse de rotation de 500 tours/min. Cependant, la corrélation est moins évidente à plus haut couple et une vitesse de 1000 tours/min .

Bravo et al. , [11] testent des engrenages en bio-composite de bouleau et de HOPE sur un banc d’essai rotatif. Les résultats montrent un avantage du côté du composite face à des engrenages d’acétal et d’ABS. L’avantage est principalement marqué sur l’augmentation de température durant l’essai, qui est plus faible pour le composite. Une température de fonctionnement plus basse corrèle directement avec une durée de vie plus longue. L’auteur caractérise également ses échantillons avec l’émission acoustique et observe trois zones de progression de l’énergie acoustique. L’intérêt du coût du composite face aux plastiques techniques est mentionné en plus de l’apport recyclable voir biodégradable de ce type de composite.

La diversité des articles montre que peu de travaux sont effectués sur l’application aux engrenages de matériaux composites impliquant des renforts naturels, et ce, malgré de nombreux travaux sur l’optimisation des propriétés mécaniques de ces derniers. En fait, la majorité des articles de cette section sont du même groupe, ou d’un groupe parent, à celui des présents travaux.

Le comportement en fatigue des engrenages 

Le comportement en fatigue des engrenages métalliques est déjà relativement bien connu. Les normes de l’American Gear Manucfacturer Association (AG MA) [26] englobent les deux principaux types de bris des engrenages métallique, soit la fatigue à la racine ou de contact et l’usure (piqures et écaillages). Des équations sont fournies pour les deux types de contraintes; la contrainte en flexion et la contrainte de contact. Des normes équivalentes pour les engrenages plastiques existent également [27]. Dans les distinctions notables, un facteur de ratio de contact est présent pour s’ajuster à la déformation plus importante des engrenages plastiques [28] et l’ajout d’une équation de température d’équilibre [29].

Koffi [3] liste les contraintes principales des engrenages polymères et les présente comme des facteurs de dimensionnement. Ces facteurs de dimensionnement sont la contrainte de flexion, la contrainte de contact, le comportement thermomécanique et l’usure. L’usure est documentée par des recommandations de couple de matériaux, tandis que les trois autres critères présentent des équations avec différents facteurs. Il est cité que la majorité des logiciels se penchent sur calcul des contraintes de flexion et de contact en négligeant les deux autres critères qui sont encore au stade de recherche.

Mijiyawa [24] traite principalement des températures d’équilibre ou de stabilisation entre des couples d’engrenages en composite de fibres naturelles. La température d’équilibre est normalement atteinte rapidement (après un certain temps ou nombre de cycles, environ 1 500 cycles pour les travaux de Mijiawa) et se présente sous forme d’un plateau.

température initiale et la température maximale mesurée sur une zone de l’engrenage T max) est calculée pour quantifier l’augmentation de température d’un couple à l’autre. Un second calcul est présenté, la différence entre la température maximale et minimale pour quantifier la variation de température du plateau T) . D’après l’auteur, l’augmentation du couple corrèle avec l’augmentation de la température d’équilibre. La vitesse de rotation influence aussi, à la hausse, la température d’équilibre. Le modèle corrèle bien à plus faible couple, mais s’éloigne des données expérimentales à couple plus élevé. En fait, les températures sont très près à une contrainte de 2.5 Nm, mais un facteur d’environ 2 les sépare à 10 Nm .