Comprendre le jeu dans les engrenages et les accouplements
Définition : Qu'est-ce que Backlash ?
Contrecoup (aussi appelé jeu) désigne le jeu entre les composants d'un entraînement mécanique. Il désigne généralement le jeu tangentiel entre les dents d'un engrenage en prise lorsqu'un engrenage est maintenu immobile et que l'engrenage correspondant est soumis à des rotations d'avant en arrière. Il représente la quantité de mouvement perdu, ou jeu libre, dans le système, c'est-à-dire la distance que l'engrenage menant peut parcourir avant d'engager l'engrenage mené dans le sens inverse.
Un certain jeu est nécessaire et intentionnel, permettant la lubrification, compensant la dilatation thermique et empêchant le grippage des dents. Cependant, un jeu excessif dû à l'usure engendre des charges d'impact, du bruit, des erreurs de positionnement et vibration problèmes, en particulier dans les machines de précision et les applications d'inversion de marche.
Objectif de Backlash
Fonctions nécessaires
- Espace de lubrification : Permet la formation d'un film lubrifiant entre les dents
- Dilatation thermique : S'adapte à l'allongement des dents d'engrenage avec l'augmentation de la température
- Tolérances de fabrication : Permet l'assemblage malgré de faibles variations d'espacement des dents
- Empêche la liaison : Garantit que les dents ne se bloquent pas sous la charge ou la croissance thermique
Valeurs de jeu typiques
- Engrenages de précision : 0,05-0,15 mm (0,002-0,006 pouces)
- Engrenages industriels : 0,2-0,8 mm (0,008-0,030 pouces)
- Machinerie lourde : 1,0-3,0 mm (0,040-0,120 pouces)
- Règle de base : 0,04-0,08% d'entraxe pour engrenages industriels
Méthodes de mesure
Mesure directe
- Méthode de la jauge d'épaisseur : Insérer des jauges d'épaisseur entre les dents au niveau de la ligne de pas
- Méthode du comparateur à cadran : Maintenez un engrenage, faites tourner l'autre d'avant en arrière, mesurez la course à la ligne de pas
- Mesure des coordonnées : Mesure de précision des deux engrenages, calcul du jeu théorique
- Jauge de jeu : Outils spécialisés pour la production ou l'inspection
Évaluation opérationnelle
- Écoutez les cliquetis ou les bruits sourds (jeu excessif)
- Observer le mouvement de l'arbre lorsque la charge est inversée
- Mesurer l'erreur de positionnement dans les systèmes servo
- Analyse des vibrations montrant des schémas liés aux impacts
Problèmes dus à un jeu excessif
Charge d'impact et vibrations
- Lorsque la charge s'inverse, les dents se séparent puis s'impactent
- Crée des charges de choc et des vibrations impulsives
- Fréquence au taux d'inversion de charge
- Accélère la fatigue et l'usure des dents des engrenages
- Produit un bruit caractéristique de cognement ou de claquement
Erreurs de positionnement
- Dans les systèmes servo ou les équipements de positionnement, le jeu crée une “ zone morte ”
- L'arbre de sortie ne répond pas aux petits changements d'entrée
- L'erreur de positionnement est égale à la quantité de jeu
- Essentiel pour les machines-outils CNC, la robotique et les instruments de précision
Bruit
- Cliquetis provenant des dents impactant lors des fluctuations de charge
- Particulièrement problématique dans les applications à charge variable
- S'aggrave à mesure que le jeu augmente en raison de l'usure
Rigidité réduite du système
- Le jeu crée une conformité dans la transmission
- Réduit la rigidité torsionnelle effective
- Affecte les performances du système de contrôle
- Peut provoquer une instabilité dans les systèmes de contrôle par rétroaction
Causes d'un jeu excessif
Usure normale
- Les flancs des dents s'usent par contact glissant
- Augmentation progressive des réactions négatives au fil des ans
- Mode d'usure prévu pour tous les engrenages
- Le tarif dépend de la charge, de la lubrification et de la propreté
Usure accélérée
- Contamination abrasive : Particules agissant comme composé de rodage
- Lubrification inadéquate : Contact limite accélérant l'usure
- Surcharge: Charges dentaires excessives
- Désalignement : Charge de bord concentrant l'usure
Erreurs de conception ou d'installation
- Spécification incorrecte de la distance centrale
- Mauvais appariement d'engrenages (profils non correspondants)
- La dilatation thermique n'est pas suffisamment prise en compte
- Tolérances de fabrication trop lâches
Diagnostic des vibrations
Caractéristiques de vibration
- Impactant : Impulsions aiguës dans forme d'onde temporelle aux inversions de charge
- Harmoniques multiples : La charge d'impact excite plusieurs fréquences
- En fonction de la charge : Les vibrations varient en fonction du couple de charge
- Composant indépendant de la vitesse : Fréquence d'impact basée sur le taux de variation de la charge, et non sur la vitesse de l'arbre
Distinguer les réactions négatives des autres problèmes
- vs. Usure générale des engrenages : Le jeu crée des impacts ; l'usure crée des impacts lisses mais surélevés GMF
- vs. Casse dentaire : Une dent cassée crée un impact par tour ; le jeu crée plusieurs impacts par cycle de charge
- vs. Relâchement : Le jeu est interne aux engrenages ; le jeu se situe au niveau des roulements ou des supports.
Correction et gestion
Méthodes de réglage
- Réduction de la distance centrale : Rapprocher les vitesses (si réglable)
- Réglage de la cale : Utilisez des cales pour positionner correctement les engrenages
- Engrenages anti-retour : Engrenages divisés avec ressort de charge éliminant le jeu
- Précharge: Appliquer une légère charge en maintenant le contact avec les dents
Remplacement
- Remplacez les engrenages usés lorsque le jeu dépasse les spécifications
- Remplacer les deux engrenages d'accouplement ensemble (usure ensemble)
- Envisagez des matériaux ou des revêtements améliorés pour une meilleure résistance à l'usure
Hébergements opérationnels
- Évitez les inversions de charge fréquentes si possible
- Contrôler le taux d'application de la charge pour minimiser l'impact
- Acceptez un certain jeu comme d'habitude (ne serrez pas trop le maillage)
- Dans les systèmes servo, compenser dans le logiciel de contrôle
Le jeu est une caractéristique essentielle des transmissions par engrenages, mais il ne devient problématique que s'il est excessif. Comprendre les spécifications et les mesures du jeu, ainsi que les symptômes d'un jeu excessif, permet un entretien efficace des réducteurs, un remplacement opportun et une résolution efficace des problèmes de vibrations et de bruit des machines à engrenages.