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Conception, calcul et application de la capacité de charge des engrenages dans la transmission mécanique

Les engrenages constituent les composants essentiels des systèmes de transmission mécanique et leur capacité de charge est directement déterminante pour la fiabilité et la durée de vie de l'ensemble du système de transmission.Cette capacité englobe principalement deux aspects essentiels:: résistance à la fatigue par contact avec la surface des dents et résistance à la fatigue par flexion de la racine des dents.écorchure (adhérence des surfaces métalliques causée par la vitesse élevée et la charge lourde), l'usure (perte de matériau de la surface dentaire due au frottement), la rupture dentaire (résultant de la fatigue de flexion ou de la surcharge) et la déformation plastique (flux de matériau de la surface dentaire sous une charge importante).

1. Processus de conception de base pour la capacité de charge des engins

Le processus de conception suit une séquence systématique: tout d'abord, déterminer les paramètres de transmission tels que la puissance, la vitesse de rotation et le rapport de transmission;Ensuite, sélectionnez les matériaux d'engrenage et les procédés de traitement thermique (e.par exemple, les aciers alliés tels que 20CrMnTi et 42CrMo sont couramment utilisés, avec une dureté de surface allant de 58 à 62HRC et une dureté du noyau de 28 à 35HRC); définir initialement les paramètres des engrenages, y compris le module,nombre de dents, et la largeur de face; effectuer des calculs de capacité de charge; optimiser les paramètres de conception; et enfin compléter la conception détaillée.

2. Méthodes de calcul de base

2.1 Calcul de la résistance à la fatigue par contact avec la surface des dents (selon la norme ISO 6336)

La formule fondamentale est la suivante:σH = ZH × ZE × Zε × Zβ × √[(Ft/(b·d1))·(u+1)/u] ≤ σHP, où:

σH est la contrainte de contact calculée (MPa)
ZH désigne le facteur de zone, ZE le coefficient d'élasticité des matériaux, Zε le facteur de rapport de contact et Zβ le facteur d'angle de l'hélice
Ft représente la force tangentielle au cercle de la hauteur transversale (N)
b est la largeur de face (mm), d1 le diamètre du cercle de l'enroulement du pignon (mm) et u le rapport des engrenages (u=z2/z1)
σHP est la contrainte de contact admissible (MPa), calculée comme suit:

Les valeurs d'échantillonnage sont calculées en fonction de l'échantillonnage de l'échantillon.

(σHlim = limite de fatigue par contact des engrenages d'essai; ZN = facteur de durée de vie; ZL = facteur de lubrifiant; Zv = facteur de vitesse; ZR = facteur de rugosité de surface; ZW = facteur de durcissement de travail; ZX = facteur de taille;SHmin = facteur de sécurité minimum)

2.2 Calcul de la résistance à la fatigue par flexion des racines des dents

La formule de base est:σF = (Ft/(b·mn)) × YF × YS × Yβ × YB ≤ σFPOù:

σF est la contrainte de flexion calculée (MPa)
mn est le module normal (mm)
YF = facteur de forme, YS = facteur de correction des contraintes, Yβ = facteur d'angle de l'hélice, YB = facteur de largeur de face
σFP est la contrainte de flexion admissible (MPa), calculée comme suit:

Le nombre de fois où les données sont utilisées est le nombre de fois où les données sont utilisées.

(σFlim = limite de fatigue par flexion des engrenages d'essai; YN = facteur de durée de vie; YδrelT = facteur de sensibilité relative du filet de racine dentaire; YRrelT = facteur d'état relatif de la surface; YX = facteur de taille;SFmin = facteur de sécurité minimum)

3. Vérification de la capacité de charge

3.1 Conditions de base de vérification

Résistance à la fatigue par contact: σH ≤ σHP
Résistance à la fatigue de flexion: σF ≤ σFP

3.2 Vérification des conditions de travail particulières

Vérification de la surcharge de courte durée (en tenant compte de la charge instantanée maximale), de la charge d'impact (en introduisant un facteur de charge dynamique), des conditions de température élevée (en tenant compte des changements de performance du matériau),Il est essentiel de mettre en place des systèmes de déformation plastique dans les conditions de charge lourde à basse vitesse et à basse vitesse.

3.3 Influence des facteurs clés

Paramètres géométriques: le module améliore de manière significative la résistance à la flexion; le nombre de dents affecte le rayon de courbure et le facteur de forme (il est recommandé d'utiliser le pinion z1 ≥ 17-20);la largeur de face améliore linéairement les deux forces (facteur de largeur de face ψ_d = 0.8-1.4); l'angle d'hélice augmente la longueur de contact (β = 8°-15°); le coefficient de décalage du profil optimise le tracé de contact.
Matériaux et procédés: la carburation et le séchage (pour les charges élevées), le durcissement par induction (pour les charges moyennes) et le séchage et le trempage (pour les charges générales) sont des traitements thermiques courants;Le piqûre augmente la fatigue., le revêtement de surface améliore la résistance à l'usure et le broyage/polissage réduit la rugosité.