En tant que composant central du système de transmission mécanique, l'engrenage est principalement confronté à deux types de formes de défaillance par fatigue en état de fonctionnement à long terme: fracture par fatigue de flexion et creusement par fatigue de contact.Afin d'assurer son fonctionnement sûr et fiable tout au long du cycle de vie de la conception, il est nécessaire d'effectuer des essais systématiques de fatigue et de prévoir la durée de vie des engins.

Le présent document présente les méthodes d'essai de fatigue des engins couramment utilisées dans les domaines du transport ferroviaire et industriel,et explique comment établir un modèle de prédiction de la durée de vie à l'aide de données d'essai en combinaison avec des normes communes, afin de prédire la durée de vie des engrenages

Il fournit une base fiable pour l'optimisation de la structure, la sélection des matériaux et le traitement thermique.

Mode de défaillance par fatigue des engins

Les défaillances liées à la fatigue des engins sont principalement divisées en deux catégories:

Fatigue renforcée (fatigue de flexion des racines des dents)

Au cours du processus de maillage, la zone de racine de l'engrenage est soumise à des contraintes de flexion périodiques, qui peuvent former des fissures et se dilater jusqu'à la fracture sous une action à long terme.

Fatigue par contact (fatigue par contact ou creusement)

La surface dentaire est soumise à des contraintes de contact cycliques pendant le processus de mise en maille et de contact et des fissures se forment à la surface et sous-surface,résultant en une éclaboussure du matériau pour former des cavités (pitting) ou de gros flocons (spalling).

Résumé des méthodes d'essai

Les méthodes d'essai courantes pour l'essai de fatigue des engins comprennent principalement:

Épreuve de fatigue renforcée (épreuve de fatigue de flexion des dents)

ISO 6336-5  Calcul de la capacité de charge des engrenages en éperons et en hélice  Partie 5: Résistance et qualité des matériaux 

• AGMA 2001
• Le numéro d'immatriculation du véhicule
• Équipement d'essai typique:
• Machine d'essai à engrenage unique: la charge est appliquée à la zone de la racine de la dent pour une charge répétée.
• Machine d'essai de flexion par rotation: simuler l'état de contrainte de travail des engrenages.
• Méthode de traitement des données:
• La courbe S-N (courbe de la durée de vie sous contrainte)

• Épreuve de fatigue par contact (épreuve de piqûre)
• Base de référence:
• Machine d'essai des engrenages FZG (Fraunhofer Standard, Allemagne)
• Pour l'utilisation dans le secteur de l'assurance
• SH/T 0306-2017 (Évaluation de la résistance des engrenages à la crevaison par l'huile de lubrification)
• Contenu du test:
• L'essai d'engagement des paires d'engrenages est effectué dans des conditions de vitesse, de charge et de lubrification spécifiées afin de surveiller le temps de production et la zone de creusement.
• On détermine la durée de vie par fatigue du contact avec la surface des dents et on analyse l'influence des conditions de lubrification sur le comportement de fatigue.
• 

Méthode de prévision de la vie

Les données obtenues lors des essais de fatigue peuvent être utilisées pour établir des modèles de durée de vie des engins.

Prédiction de vie basée sur la courbe S-N

La courbe S-N est fixée en utilisant les données de l'essai de résistance à la fatigue à différents niveaux de contraintes:

parmi lesquels:

N: Durée de vie des engins (nombre de cycles)

σ: amplitude de la contrainte

A, b: constantes de montage

Weibull Loi statistique

La distribution de Weibull est utilisée pour analyser un ensemble de données de durée de vie de défaillance afin de déterminer la durée de vie fiable, la durée de vie caractéristique et la variabilité:

η: durée de vie des caractéristiques

β:Paramètre de forme (détermine la forme de la courbe de distribution)

Je ne sais pas.t): Probabilité de défaillance avant le temps t

Méthode des dommages cumulés (utilisée dans des conditions de charge variable)

Dans des conditions de travail réelles, les engrenages sont souvent soumis à une charge en plusieurs étapes.

Suggestions pour améliorer la durée de vie des engins

Selon les résultats des essais, l'entreprise de fabrication peut optimiser la conception des aspects suivants:

L'importance de l'essai de fatigue des engins

L'essai systématique de fatigue peut non seulement évaluer la résistance à la fatigue de la structure des engrenages, mais aussi servir d'outil de rétroaction important pour le matériau,processus de traitement thermique et contrôle de la qualité de la transformationDans le transport ferroviaire, l'aérospatiale et d'autres domaines, la prédiction précise de la durée de vie de la fatigue est la base essentielle pour assurer un fonctionnement fiable et formuler des stratégies de maintenance.