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Modification d'engrenages et analyse du contact d'engrènement : Le cœur de l'optimisation des performances dans les systèmes de transmission de précision

Modification d'engrenages : la logique de l'optimisation des performances de la théorie à la pratique

Types de modification : solutions ciblées pour les points sensibles de la transmission

Modification axiale: Se concentre sur l'uniformité du contact axial des engrenages. Les formes courantes incluent le bombage (conçu avec un milieu convexe et des bords doux dans la direction axiale) et la correction de l'angle d'hélice. Elle traite principalement la "charge inégale" causée par la déformation de l'arbre et les erreurs de la boîte, évitant la concentration de contraintes locales sur la surface des dents.
Modification de profil: Cible les impacts d'engrènement dans la direction de la hauteur des dents. Au moyen d'une modification parabolique, d'une modification de chanfrein, etc., elle supprime les parties de la pointe ou de la racine des dents qui peuvent interférer pendant l'engrènement, réduit les charges d'impact lors de l'engrènement entrant et sortant, et évite les dommages du film d'huile causés par le raclage de la pointe (ce qui peut facilement conduire à un grippage de la surface des dents à des températures élevées).
Modification composite: Adopte la technologie de modification topologique 3D pour optimiser de manière globale les paramètres axiaux et de profil. Cette méthode de modification convient aux scénarios de transmission de haute précision (tels que l'aérospatiale et les équipements d'énergie éolienne), car elle peut simultanément améliorer les problèmes de charge inégale et d'impact, réalisant une amélioration globale des performances.

La qualité des effets de modification dépend de la précision de la conception des paramètres. Prenons l'exemple de la modification de bombage largement utilisée, la quantité de modification peut être calculée par la formule classique :`C_β = 0.5×10⁻³b + 0.02mₙ` (où b est la largeur de la dent et mₙ est le module normal). Lors de la conception, il est également nécessaire de clarifier la position du centre de bombage dans la direction axiale, qui doit généralement correspondre à la zone de déformation maximale sous charge réelle.

D'après les critères de conception, une modification de haute qualité doit répondre à trois exigences :

Analyse du contact d'engrènement : une méthode d'évaluation scientifique des effets de modification
Modèles de mécanique de contact et méthodes d'analyse
- Méthode analytique: Efficacité de calcul élevée mais précision limitée, adaptée à une estimation rapide au stade initial du schéma.
- Méthode des éléments finis: Peut simuler finement la micro-déformation de la surface des dents, ce qui en fait le premier choix pour une analyse détaillée des structures complexes.
- Méthode des éléments frontières: Présente des avantages significatifs dans le calcul des zones de concentration de contraintes de contact.
- Dynamique multi-corps: Peut simuler le processus d'engrènement dynamique de l'ensemble du système et évaluer l'impact des erreurs de transmission sur les vibrations du système.
Les indicateurs clés pour l'évaluation des performances du contact d'engrènement incluent :
- Pratique de l'ingénierie : application de la technologie de modification basée sur des scénarios
  
  Vérification des effets de modification dans des scénarios typiques
  
  Le domaine de la transmission automobile accorde plus d'attention à la modification du profil : par rapport aux engrenages involutes standard, la modification parabolique peut réduire la force d'impact de 35 % et le bruit de 3,2 dB ; tandis que la modification de courbe d'ordre supérieur a un effet d'optimisation plus significatif, avec un taux de réduction de la force d'impact de 52 %, fournissant un soutien essentiel à l'amélioration des performances NVH (Bruit, Vibration et Dureté) des véhicules.
  
  Chemin pratique de l'optimisation de l'ingénierie
  
  Les solutions personnalisées pour des problèmes spécifiques sont plus précieuses : pour le problème de sifflement des réducteurs de véhicules électriques à 48 km/h, un schéma combiné de "modification de profil asymétrique (côté charge +5 μm) + chanfrein d'extrémité de dent de 30 ° × 0,2 mm" permet une réduction du bruit de 7,5 dB(A) et une amélioration de l'efficacité de 0,8 % ; face à un écart d'axe de 0,15 mm/m et à une charge lourde de plus de 1200 MPa, les boîtes de vitesses marines adoptent une quantité de bombage super importante de 40 μm et une correction d'angle d'hélice compensatoire de 0,03 °, contrôlant finalement l'uniformité des contraintes de contact à moins de 15 % et prolongeant la durée de vie de 2,3 fois.
  
  La modification des engrenages est passée d'un "ajustement empirique" à une "conception quantitative". Ses conclusions clés peuvent être résumées en trois points : la quantité de bombage optimale est généralement de 1,2 à 1,5 fois la déformation élastique ; l'effet de la modification composite est de 30 % à 50 % meilleur que celui de la modification unique ; la conception doit être basée sur le spectre de charge des conditions de travail réelles et vérifiée par des expériences de contact.
  
  À l'avenir, avec l'intégration de la simulation multi-physique, de l'optimisation de l'intelligence artificielle et d'autres technologies, la modification des engrenages réalisera une "prédiction des performances sur tout le cycle de vie", favorisant davantage l'évolution des systèmes de transmission de précision vers un faible bruit, une longue durée de vie et une haute efficacité. Maîtriser la logique de base de la modification et de l'analyse du contact d'engrènement est la capacité clé pour les ingénieurs à faire face aux défis complexes de la transmission.