Origines de défauts des engrenages et la simulation numérique

Dans les engrenages, les défauts sont de nature diverses suivant la conception, l’entretien, la lubrification et les conditions de fonctionnement des mécanismes. Lorsque les efforts de frottement et les vitesses de glissement sont élevés, elles s’apparentent le plus souvent à l’usure et parfois au grippage. Lorsque les vitesses de glissement sont faibles et les charges transmises élevées, ces défauts se caractérisent par des déformations plastiques ou bien des écaillages et micro-écaillages [7]. Dans ce chapitre nous avons présentées les principales familles de défauts rencontrées dans les engrenages dans une première phase et dans une deuxième phase, nous avons réalisé une simulation pour la détection précoce de la fissure de la dent. L’objectif de ce chapitre est d’étudier l’influence de la charge sur l’évolution de la fissure par rapport aux nombres de cycles d’une roue dentée.

Origines de défauts des engrenages

Les défauts des engrenages en service représentent un coût important pour l’industrie et il est essentiel de les prévenir. Les statistiques concernant les causes des défaillances et la localisation des défauts dans les transmissions de puissance à engrenages permettent de conclure que les organes les plus sensibles sont les roulements et les engrenages. Les enquêtes réalisées par la société des assurances ALLIANZ sur les détériorations des systèmes à engrenages tels que les réducteurs ont permis de conclure à leurs origines et à leurs localisations [7]. En effet, ces enquêtes ont révélé que la denture concentre la majorité des sources de défauts et ce à raison de 60% de l’ensemble des défauts; les erreurs de conception et de fabrication sont à l’origine de 40% des avaries surgissant au niveau des engrenages comme montré la figure IV.1 et figure IV.2 Figure IV-1 Origine des défauts dans les engrenages [7].  Figure IV-2 Localisation des défauts dans les engrenages [7]. Au vu de ces statistiques, nous pouvons conclure que d’une part, la denture est la partie la plus fréquemment touchée par les avaries, et d’autre part, les erreurs de conception et de fabrication peuvent donner lieu à l’occurrence prématurée de défauts. En outre, les problèmes d’exploitation et de maintenance sont à l’origine de 43% des défaillances. Ceci mène à conclure que l’établissement d’un plan de maintenance préventive permettra de réduire les nuisances occasionnées au cours de l’exploitation des engrenages et particulièrement de leurs dentures.

Familles des défauts

Aujourd’hui les engrenages occupent une place spéciale dans les systèmes mécaniques [84], c’est la façon la plus économique pour transmettre de la puissance en un mouvement de rotation dans des conditions uniformes. Selon les sollicitations imposées au contact, les défauts de surface dans les engrenages ont été répertoriés et classées à plusieurs types par l’AFNOR E23-014 [80].Ces défauts peuvent être également classés en deux grandes familles. Il s’agit principalement :  Des défauts superficiels.  Des détériorations par rupture. 

Défauts superficiels

Ce sont des défauts qui affectent la denture. Parmi ces défauts, nous recensons particulièrement :  Le grippage,  les piqûres,  L’usure,  L’caillage,  Micro-écaillage  Les fissures

Grippage

Le grippage est une modification soudaine de l’aspect de surface des dents, se traduit par la fusion d’une couche superficielle, associé à des vibrations, de bruit, à une augmentation importante de l’énergie dissipée dans le contact et de la température superficielle des massifs [82, 83]. Il se produit brutalement et conduit généralement à l’arrêt de la machine. Ce mode de défaut classique dans les engrenages se manifeste dans tous types de mécanismes lubrifiés ou non, lorsque la combinaison (charge normale, vitesse de glissement) excède une limite encore non défini. Le grippage est affecté par plusieurs paramètres. Les plus influents sont décrits par Dyson [82]. Il s’agit notamment : Des paramètres favorisant le grippage tels que la charge, la vitesse de glissement, la rugosité et la température. Des paramètres ne favorisant pas le grippage tels que les propriétés du lubrifiant et la vitesse du roulement. Des exemples de surfaces grippés sont présentés dans la (figure IV-3). Elles sont extraites d’une large publication du CETIM [84]. Aspect des dentures après fonctionnement ». La (figure IV-3.A) caractérise un grippage localisé affectant seulement certaines zones des flancs de dents. Il se manifeste par de fines rayures parallèles au profil, comme si l’on avait passé un abrasif fin sur les dentures. Ce mode de grippage survient souvent à la mise en service d’un engrenage neuf un fonctionnement à charge réduite peut le faire disparaître. La (figure IV.3.B) montre un grippage destructif affectant l’ensemble des zones des flancs de dents. Ce grippage est dû au contact métal-métal résultant de la rupture du film d’huile et conduit généralement à la mise hors service de l’engrenage [85].