1. Définition et mesure de la rugosité de surface des engrenages

1.1 Paramètres d'évaluation clés

• Ra (Déviation moyenne arithmétique): La moyenne des écarts absolus des points du profil par rapport à la ligne de référence, servant d'indicateur de rugosité le plus couramment adopté.
• Rz (Hauteur maximale du profil de rugosité): La distance verticale maximale entre la ligne des pics et la ligne des creux du profil.
• Rq (Déviation quadratique moyenne): La valeur quadratique moyenne des écarts du profil, qui reflète mieux l'impact des pics et des creux extrêmes par rapport à Ra.

1.2 Méthodes de mesure courantes

• Mesure par contact (Profilomètre): Utilise un stylet en diamant pour balayer la surface, offrant une grande précision mais posant un risque de rayures sur les surfaces en matériaux tendres.
• Mesure sans contact (Interféromètre à lumière blanche, Microscope confocal laser): Convient aux tests de surface de haute précision et ultra-lisses sans causer de dommages par contact.
• Méthode de l'échantillon de comparaison (Comparaison de gabarit Ra): Permet une inspection rapide sur site avec une précision relativement faible.

2. Principes de conception de la rugosité de surface des engrenages

2.1 Classification des grades de rugosité (Normes ISO 1328 et AGMA 2015)

2.2 Impact de la rugosité sur les performances des engrenages

• Frottement et lubrification: Une rugosité excessivement élevée rend difficile la formation d'un film d'huile, conduisant à une lubrification limite ou même à un frottement sec et augmentant les risques d'usure. Inversement, une rugosité extrêmement faible réduit l'adsorption du lubrifiant, ce qui peut nuire aux effets de la lubrification (par exemple, certains engrenages en polymère nécessitent une rugosité spécifique pour retenir l'huile).
• Durée de vie en fatigue de contact: Les pics et les creux microscopiques (résultant de la rugosité) sont sujets à la concentration de contraintes sous contrainte de contact, accélérant le pitting et l'écaillage. L'optimisation de Ra (par exemple, Ra=0,2-0,4μm pour la plupart des engrenages industriels) peut améliorer efficacement la durée de vie en fatigue de contact.
• Vibrations et bruit: Les flancs de dents rugueux provoquent un impact d'engrènement, augmentant le bruit de transmission (par exemple, les engrenages de transmission automobile nécessitent généralement Ra ≤ 0,4μm).
• Caractéristiques initiales de rodage: Une rugosité appropriée (par exemple, Ra=0,6-1,0μm) facilite le rodage initial, permettant aux flancs de dents de s'adapter rapidement à la répartition de la charge.

3. Facteurs d'influence et applications d'ingénierie

3.1 Impact des procédés d'usinage

• Rectification: Produit des valeurs Ra de 0,2 à 0,8μm, adaptées aux engrenages de haute précision.
• Taillage/Façonnage: Donne des valeurs Ra de 0,8 à 1,6μm, applicables aux engrenages industriels généraux.
• Rodage/Lappage: Atteint Ra ≤ 0,2μm, utilisé pour les engrenages de très haute précision (par exemple, les engrenages de moteurs d'avion).
• Grenaillage: Améliore la répartition de la rugosité de surface et améliore la résistance à la fatigue.

3.2 Effet du matériau et du traitement thermique

• Engrenages trempés (cémentation et trempe): Après rectification, Ra est généralement contrôlé en dessous de 0,4μm.
• Engrenages tendres (traitement de revenu): Permettent une rugosité plus élevée (Ra=0,8-1,6μm), mais le rodage initial doit être pris en compte.

3.3 Influence des conditions de lubrification

• Lubrification à l'huile minérale: Il est recommandé que Ra soit ≤ 0,8μm.
• Lubrification à l'huile synthétique/extrême pression: Peut tolérer une rugosité plus élevée (par exemple, Ra=1,0-1,6μm).
• Frottement sec/Engrenages autolubrifiants (par exemple, plastiques techniques): Nécessitent une rugosité spécifique (Ra=1,0-2,0μm) pour stocker des lubrifiants solides.

3.4 Cas d'application d'ingénierie typiques

• Engrenages de transmission automobile (haute vitesse, faible bruit): Ra=0,2-0,4μm (rectification + rodage). La superfinition est adoptée pour réduire les vibrations et le bruit (par exemple, Ra ≤ 0,2μm pour les engrenages réducteurs de véhicules électriques).
• Réducteurs d'éoliennes (robustes, longue durée de vie): Ra=0,4-0,8μm (rectification + grenaillage). La répartition de la rugosité est optimisée pour réduire les risques de pitting.
• Engrenages de machines de construction (basse vitesse, fort impact): Ra=0,8-1,6μm (taillage + phosphatation). Une rugosité appropriée est conservée pour améliorer les performances de rodage.

3.5 Technologies de traitement de surface pour l'optimisation de la rugosité

• Lappage/Polissage: Réduit davantage Ra, adapté aux engrenages de précision.
• Technologie de revêtement (par exemple, revêtement DLC de type diamant): Abaisse le coefficient de frottement et s'adapte aux conditions de travail à rugosité élevée.
• Microtexturation laser: Traite des micro-cavités ou des rainures sur les flancs de dents pour optimiser la répartition du film lubrifiant.

4. Résumé