Comprendre le jeu dans les engrenages et les accouplements
Jeu (également appelé jeu ou jeu libre) désigne le jeu ou l'espace entre des composants en prise dans les transmissions mécaniques — le plus souvent le jeu tangentiel entre les dents d'engrenages en prise lorsqu'un engrenage est maintenu immobile et que l'engrenage en prise avec lui est balancé d'avant en arrière. Il s'agit de la quantité de « mouvement perdu » ou de jeu libre dans le système : la distance que l'engrenage menant peut parcourir avant d'engrener avec l'engrenage mené dans le sens opposé. Un jeu d'engrènement réduit et délibéré est essentiel au bon fonctionnement fonctionnement de l'engrenage, mais lorsqu'il s'use, il devient une source de chocs, de bruit, d'erreurs de positionnement et Vibrations.
1. Définition : qu'est-ce que le jeu d'engrènement ?
Dans un couple d'engrenages, le jeu est défini plus précisément comme l'espace mesuré le long de la ligne d'action — ou, de manière équivalente, le jeu tangentiel au niveau de la ligne de pas — qui permet à une dent de se déplacer légèrement dans l'espace de la dent avec laquelle elle s'engrène avant que le contact ne soit établi. En maintenant un engrenage fixe et en faisant bouger l'autre, l'angle sur lequel celui-ci se déplace librement avant que les flancs ne se touchent est une expression directe du jeu présent.
Ce principe s'applique également au-delà des engrenages. Les accouplements, les cannelures, les vis d'entraînement, les entraînements à crémaillère et pignon, ainsi que toute liaison dentée ou clavetée, comportent un certain jeu. Le point essentiel est que un certain jeu est nécessaire et voulu: il permet la formation d'un film lubrifiant, compense la dilatation thermique des dents, absorbe les tolérances de fabrication et empêche le grippage des dents sous charge. Le jeu ne devient un défaut que lorsqu'il dépasse la valeur prévue lors de la conception — auquel cas il se comporte comme une forme localisée de jeu mécanique à l'intérieur du train d'engrenages.
2. Objectif et valeurs types
Pourquoi le jeu est délibérément prévu à la conception
- Espace de lubrification : permet la formation d'un film d'huile entre les flancs chargés et non chargés des dents.
- Dilatation thermique : permet l'allongement des dents à mesure que la boîte de vitesses atteint sa température de fonctionnement.
- Tolérances de fabrication : permet à deux pièces de s'emboîter malgré de légères variations dans l'épaisseur et l'espacement des dents.
- Empêche le grippage : garantit que les dents ne se coincent jamais sous l'effet d'une charge ou de la dilatation thermique, ce qui entraînerait une augmentation brutale du frottement et de la chaleur.
Valeurs de jeu typiques
- Engrenages de précision : 0,05 à 0,15 mm (0,002 à 0,006 pouce).
- Engrenages industriels : 0,2 à 0,8 mm (0,008 à 0,030 pouce).
- Machinerie lourde : 1,0 à 3,0 mm (0,040 à 0,120 pouce).
- Règle générale : environ 0,04 à 0,08 % de l'entraxe pour les engrenages industriels courants.
Ce ne sont que des points de départ, et non des valeurs absolues : le chiffre exact dépend du module, de la classe de précision, du matériau et des conditions d'utilisation. Lors de la conception ou de la vérification d'un nouvel ensemble, il est recommandé de vérifier la géométrie des dents par rapport à une norme de précision ; un Calculateur d'engrenages droits et le correspondant classe de précision des engrenages Cet outil permet de mettre facilement en relation l'entraxe et la tolérance avec une plage de jeu raisonnable.
3. Méthodes de mesure
Mesure directe
- Méthode de la jauge d'épaisseur : Insérez des jauges d'épaisseur entre les dents au niveau de la ligne de pas pour mesurer directement l'écart.
- Méthode du comparateur à cadran : bloquez un engrenage, faites osciller l'autre d'avant en arrière, puis mesurez la course libre au niveau du rayon primitif.
- Mesure par coordonnées : mesurer avec précision les deux engrenages et calculer le jeu théorique à partir de l'épaisseur des dents et de l'entraxe.
- Jauge de jeu : des outils spécialement conçus pour les contrôles de production ou les inspections sur le terrain.
Évaluation opérationnelle
- Soyez attentif aux cliquetis ou aux claquements, qui indiquent un jeu excessif.
- Observez le mouvement de l'arbre lorsque la charge est inversée : un à-coup visible indique un jeu.
- Mesurer l'erreur de positionnement dans les systèmes servo ou d'indexage.
- Utilisation analyse des vibrations afin de mettre en évidence les effets liés aux chocs provoqués par un jeu excessif.
4. Problèmes liés à un jeu excessif
Charge d'impact et vibrations
- Lorsque la charge s'inverse, les dents s'écartent, puis se referment brusquement.
- Cela provoque des chocs et des vibrations impulsives à chaque fois que le contact est rétabli.
- L'impact se produit au rythme des inversions de charge, et non nécessairement à la vitesse de l'arbre.
- Les chocs répétés accélèrent l'usure des dents fatigue et l'usure.
- Il en résulte un bruit caractéristique de cognement ou de claquement.
Erreurs de positionnement
- Dans les servosystèmes et les équipements de positionnement, le jeu crée une « zone morte » autour de chaque inversion.
- L'arbre de sortie ne réagit pas aux légères variations du signal d'entrée tant que le jeu n'est pas éliminé.
- L'erreur de positionnement correspond à l'amplitude du jeu.
- C'est essentiel pour les machines-outils à commande numérique, la robotique et les instruments de précision.
Bruit et perte de rigidité
- Bruit : un cliquetis dû au choc des dents lors des variations de charge, particulièrement gênant dans les transmissions à charge variable, et qui s'aggrave à mesure que l'usure augmente l'écart.
- Diminution de la rigidité du système : Le jeu introduit de la souplesse dans la transmission, ce qui réduit la rigidité effective torsion réduisant la rigidité effective, dégradant les performances de la boucle de régulation et, dans les systèmes à rétroaction, pouvant même provoquer une instabilité de cycle limite.
5. Causes d'un jeu excessif
Usure normale
- L'usure des flancs des dents est due au contact glissant inhérent à l'engrènement des roues dentées.
- Le jeu augmente progressivement au fil des années d'utilisation.
- Il s'agit du mode d'usure normal pour tous les engrenages.
- Le taux d'usure dépend de la charge, de la qualité de la lubrification et de la propreté de l'huile.
Usure accélérée
- Contamination par des particules abrasives : Les particules dures agissent comme un produit de rodage, en ponçant les flancs.
- Lubrification insuffisante : Le contact limite entre les surfaces métalliques accélère l'usure.
- Surcharge: Des charges excessives sur les dents accélèrent l'usure de leur surface.
- Désalignement : un chargement en bord de dent provenant de désalignement de l'arbre concentre l'usure sur une extrémité des dents.
Erreurs de conception ou d'installation
- Spécification incorrecte de l'entraxe.
- Mauvais appariement d'engrenages avec des profils de dents non compatibles.
- La dilatation thermique n'a pas été suffisamment prise en compte.
- Tolérances de fabrication trop larges.
6. Diagnostic du jeu par analyse des vibrations
Signature vibratoire
- Impactant : impulsions brusques dans le forme d'onde temporelle à chaque inversion de charge.
- Harmoniques multiples : la charge d'impact excite une vaste famille de harmoniques plutôt qu'une simple composante tonale.
- En fonction de la charge : Les vibrations augmentent et diminuent en fonction de la charge de couple.
- Composante indépendante de la vitesse : La fréquence d'impact suit le cycle de variation de la charge, et non la vitesse de rotation de l'arbre.
Distinguer le jeu d'engrenage des autres défauts
- par rapport à l'usure générale des engrenages : le jeu d'engrenage génère des chocs, tandis que l'usure uniforme provoque un niveau régulier mais élevé fréquence d'engrènement (GMF) avec des bandes latérales.
- par rapport à la fracture dentaire : Une dent cassée génère un choc par tour, tandis que le jeu produit plusieurs chocs par cycle de charge.
- contre le desserrage : le jeu est interne aux engrenages ; relâchement se trouve dans les roulements, les carters ou les supports.
Étant donné que les signes révélateurs du jeu, de l'usure des engrenages et du desserrage se recoupent, un analyseur capable de capturer à la fois le spectre et la forme d'onde temporelle avec la phase s'avère indispensable. Sur le terrain, un instrument portable à deux canaux tel que le Balanset-1A permet à un technicien d'enregistrer la forme d'onde temporelle sur le carter d'un roulement de boîte de vitesses, de repérer les inversions impulsives qui trahissent un jeu excessif et d'exclure ou de confirmer un balourd avant même d'ouvrir la boîte de vitesses. L'identification précise de l'engrènement et de ses bandes latérales est encore plus rapide grâce à un appareil dédié Calculateur de fréquence d'engrènement.
7. Correction et gestion
Méthodes de réglage
- Réduction de l'entraxe : rapprochez légèrement les engrenages, dans la mesure où leur fixation le permet.
- Réglage des cales : utilisez des cales pour repositionner les engrenages afin d'assurer un bon engrènement.
- Engrenages anti-jeu : des engrenages fendus à ressort qui compensent le jeu en continu.
- Précharge : appliquer une légère charge pour maintenir les flancs des dents en contact permanent (voir précharge du roulement pour le principe analogue dans le domaine des roulements).
Remplacement
- Remplacer les engrenages usés dès que le jeu dépasse les valeurs spécifiées.
- Remplacez les deux engrenages conjugués ensemble, car ils s'usent en tant que paire assortie.
- Envisagez d'utiliser des matériaux ou des revêtements de surface améliorés pour une meilleure résistance à l'usure.
Aménagements opérationnels
- Évitez les inversions fréquentes de la charge lorsque le processus le permet.
- Régulez la vitesse d'application de la charge pour amortir l'impact.
- Acceptez un certain jeu comme étant normal — ne serrez pas trop l'engrènement, car cela risquerait de provoquer un grippage et une surchauffe.
- Dans les systèmes d'asservissement, il faut compenser la zone morte dans le logiciel de commande.
Le jeu est une caractéristique inhérente aux transmissions à engrenages qui ne pose problème que lorsqu'il devient excessif. Comprendre les spécifications appropriées, les techniques de mesure adéquates et les symptômes vibratoires liés à un jeu excessif vous permet d'assurer une maintenance efficace des réducteurs, de planifier judicieusement leur remplacement et d'adopter une approche rigoureuse dépannage et surveillance de l'état aux problèmes récurrents de bruit et de vibrations des machines à engrenages.
