Comprendre l'usure des équipements
Définition : Qu'est-ce que l'usure des équipements ?
Vêtements d'équipement L'usure des engrenages est la perte progressive de matière des surfaces des dents d'engrenage due à des processus mécaniques tels que l'abrasion, l'adhérence, la fatigue de surface et la corrosion. Contrairement aux défaillances soudaines dues à la rupture des dents, l'usure des engrenages est une dégradation progressive qui modifie la géométrie du profil des dents, augmente le jeu, accroît le bruit et… vibration niveaux, et finit par entraîner une défaillance fonctionnelle lorsque l'usure des dents devient excessive ou évolue vers des modes de dommages plus graves comme piqûres ou une fracture dentaire.
Comprendre les mécanismes d'usure des engrenages et surveiller la progression de l'usure analyse des vibrations, L’analyse d’huile et les inspections périodiques permettent de mettre en œuvre des stratégies de maintenance prédictive qui optimisent la fiabilité des boîtes de vitesses et minimisent les temps d’arrêt imprévus.
Types et mécanismes d'usure des engrenages
1. Usure par abrasion
Le mécanisme d'usure le plus courant dans les boîtes de vitesses industrielles :
- Cause: Les particules dures (saletés, copeaux de métal, débris d'usure) présentes dans le lubrifiant agissent comme abrasifs. Elles sont en effet abrasives. Les particules dures (saletés, copeaux de métal, débris d'usure) contenues dans le lubrifiant agissent comme abrasifs. Le lubrifiant contient des particules abrasives.
- Processus : Les particules piégées entre les surfaces des dents éliminent la matière par action de broyage
- Apparence: Surfaces dentaires polies et lisses ; matière enlevée uniformément
- Taux: Proportionnel au niveau de contamination et à la charge
- Prévention: Filtration efficace, étanchéité, assemblage propre
2. Usure adhésive (éraflures/rayures)
Se produit en cas de charge importante ou de lubrification insuffisante :
- Cause: Rupture du film lubrifiant permettant le contact métal-métal
- Processus : Soudage et déchirure microscopiques aux points de contact glissants
- Apparence: Surfaces rugueuses et déchirées ; transfert de matière entre les dents en contact ; marques de frottement dans le sens du glissement
- Gravité: Peut progresser rapidement une fois amorcée, conduisant à une défaillance catastrophique
- Prévention: Lubrification adéquate, additifs extrême pression (EP), charges réduites
3. Micropitting
Usure superficielle par fatigue créant une texture de surface fine :
- Cause: films lubrifiants minces permettant une contrainte de contact de surface élevée
- Apparence: Surface gris mat ; des milliers de microcavités (10-50 µm)
- Emplacement: Généralement près de la ligne de tangage, là où le roulement et le glissement se combinent
- Progression: Peut se stabiliser (léger) ou évoluer vers un macropitting (sévère).
- Effet: Modifie le profil des dents, augmente le bruit et les vibrations
4. Usure modérée (normale)
- Polissage progressif et enlèvement de matière sur plusieurs années
- On s'y attend, dans une certaine mesure, pour tous les types d'engrenages.
- Le taux doit être prévisible et lent (< 0,1 mm sur plusieurs années)
- Acceptable si les tolérances de conception le permettent.
5. Usure corrosive
- Cause: Humidité, lubrifiants acides ou contamination chimique
- Apparence: Taches couleur rouille, rugosité de surface, piqûres
- Commun: Lorsque les boîtes de vitesses restent inactives en présence d'humidité
- Prévention: Étanchéité adéquate, inhibiteurs de corrosion, protection de stockage
Effets de l'usure des équipements
Changements géométriques
- Modification du profil : Le profil involute se dégrade, affectant l'action conjuguée
- Réaction négative accrue : La perte de matière augmente l'espace entre les dents en contact.
- Rapport de contact réduit : Moins de dents en contact simultanément
- Concentration de la charge : Le matériau restant supporte une contrainte plus élevée
Dégradation des performances
- Vibration accrue : Un mauvais contact entre les dents crée des impacts et une rigidité variable du maillage.
- Bruit: Cliquetis dus au jeu, sifflement dû à la rugosité de la surface
- Efficacité réduite : Augmentation des pertes par frottement
- Perte de précision : L'augmentation du jeu mécanique affecte la précision du positionnement
Détérioration accélérée
- Les dents usées supportent des charges plus importantes (moins de dents se partagent la charge).
- Concentration des contraintes dans les zones usées
- Transition vers la formation de piqûres ou la cassure des dents
- Génère des débris d'usure qui accélèrent l'usure (rétroaction positive).
Méthodes de détection
Analyse des vibrations
- GMF Tendances d'amplitude : Une augmentation progressive indique une usure progressive
- Développement harmonique : Apparence et croissance de 2×GMF, 3×GMF
- Bandes latérales : Développement de bandes latérales de vitesse de l'arbre autour du GMF
- Bruit à large bande : Contenu élevé en hautes fréquences dû à la rugosité de surface
- Forme d'onde temporelle : L'irrégularité croissante et l'impact
Analyse d'huile
- Analyse des particules d'usure : Concentration de fer dans les échantillons de pétrole
- Ferrographie : Morphologie des particules (particules de frottement, de coupe et de fatigue)
- Analyse spectrographique : Composition élémentaire révélant les métaux d'usure
- Comptage de particules : Tendances de la concentration et de la distribution granulométrique des particules
- Dépistage précoce : L'analyse d'huile permet de détecter l'usure avant même l'apparition des vibrations.
Inspection visuelle
- Inspection endoscopique sans démontage
- Inspection complète lors des révisions
- Mesurer l'épaisseur de la dent au niveau de la ligne de contact.
- Vérifier les motifs de contact (bleuissement ou transfert de revêtement)
- Photographier les dents à des fins de comparaison historique
- Comparer aux limites d'usure du fabricant
Surveillance du bruit
- Émission acoustique des contacts dentaires
- Mesures ultrasoniques pour l'état de surface
- Changements de bruit audibles indiquant la progression de l'usure
Prévention et prolongation de la vie
Lubrification adéquate
- Viscosité du lubrifiant adaptée à la charge et à la vitesse
- Additifs EP (extrême pression) pour charges élevées
- Quantité et débit de lubrification adéquats
- Maintenir la propreté de l'huile par filtration
- Vidanges d'huile régulières selon le programme du constructeur
Contrôle de la contamination
- Étanchéité efficace pour empêcher la pénétration de particules
- Respirateurs avec filtres
- Pratiques d'assemblage et d'entretien propres
- Systèmes de filtration d'huile (seuil de filtration absolu de 10 à 25 µm)
Gestion de la charge
- Fonctionner dans les limites de charge nominales
- Évitez les chocs ou les changements de charge brusques.
- Surveiller le couple et la transmission de puissance
- Envisagez un réducteur de taille supérieure en cas de surcharge constante.
Alignement et installation
- Assurez-vous d'un alignement correct des engrenages (zone de contact sur toute la largeur de la face).
- Un défaut d'alignement correct de l'arbre crée une charge de bord
- Sélection et entretien appropriés des roulements
- Vérifier que le jeu est conforme aux spécifications
Quand remplacer les engrenages
Critères de remplacement
- Épaisseur de la dent : Usure dépassant les limites spécifiées par le fabricant (généralement une perte de matière de 10-20%)
- Niveaux de vibration : L'amplitude du GMF dépasse les limites d'alarme malgré les améliorations de la lubrification
- Étendue des piqûres : > 30% de la surface de la dent présentant des piqûres modérées à sévères
- Rayures/Éraflures : Tout score modéré à sévère indique la nécessité d'un remplacement.
- Bruit: Un bruit excessif indique un mauvais contact dentaire.
- Contrecoup: Dépassement des valeurs maximales spécifiées
Considérations relatives au calendrier
- Remplacement prévu lors des interruptions programmées
- Remplacer les paires d'engrenages ensemble (les engrenages qui s'engrènent s'usent ensemble).
- En cas de carter endommagé, envisagez un remplacement complet de la boîte de vitesses plutôt qu'un simple remplacement des engrenages. Ce remplacement pourrait être envisagé plutôt qu'un remplacement des engrenages.
- Commandez les engrenages de rechange à l'avance (les délais de livraison peuvent être longs).
L'usure des engrenages est inévitable lors de la transmission de puissance, mais une lubrification adéquate, la maîtrise des contaminations et une surveillance régulière de l'état des engrenages permettent de minimiser l'usure et d'optimiser la durée de vie de la boîte de vitesses. La surveillance systématique de la fréquence d'engrènement et de ses bandes latérales, associée à l'analyse de l'huile, permet de détecter précocement toute usure anormale et de planifier le remplacement des engrenages avant toute défaillance catastrophique.
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