Les engrenages sont des composants essentiels des systèmes de transmission mécaniques et leur capacité de charge détermine directement la fiabilité et la durée de vie de l'ensemble du système de transmission.La capacité de charge des engins implique principalement deux aspects critiques: résistance à la fatigue par contact avec la surface des dents et résistance à la fatigue par flexion de la racine des dents.

Modes de défaillance des engins communs

• Piqûres sur la surface des dents: éclaboussures métalliques sur la surface causées par des contraintes de contact cycliques.
• Dentissage de la surface des dents: Adhésion des surfaces métalliques due à des opérations à grande vitesse et à des charges lourdes.
• Usure de la surface des dents: Perte de matière sur la surface des dents due au frottement.
• Fracture des dents: Causée par la fatigue de flexion ou la surcharge.
• Déformation plastique: Flux de matière sur la surface des dents sous lourdes charges.

Conception de base et calcul de la capacité de charge

1. Calcul de la résistance à la fatigue par contact avec la surface des dents

• σH = contrainte de contact calculée (MPa)
• ZH = facteur de zone de nœud, ZE = coefficient d'élasticité du matériau, Zε = facteur de rapport de contact, Zβ = facteur d'angle d'hélice
• Ft = Force tangentielle sur le cercle de référence de la face d'extrémité (N)
• b = largeur de la dent (mm), d1 = diamètre du cercle de référence du pignon (mm), u = rapport d'engrenage (u=z2/z1)
• σHP = contrainte de contact admissible (MPa), calculée comme σHP = σHlim·ZN·ZL·Zv·ZR·ZW·ZX/SHmin (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 au travail; ZX = facteur de taille; SHmin = facteur de sécurité minimum)

2Calcul de la résistance de la racine de la dent

• Les forces de courbure calculées (MPa)
• mn = module normal (mm)
• YF = Facteur de profil de la dent, YS = Facteur de correction de la contrainte, Yβ = Facteur d'angle de la hélice, YB = Facteur de largeur de la dent
• Les essais sont effectués sur les engrenages de freinage de la ligne de freinage de l'essai.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)

Vérification de la capacité de charge

• Vérification de la résistance à la fatigue par contact: Vérifier que σH ≤ σHP en calculant ZH, en déterminant ZE, en calculant Zε, en considérant Zβ, en calculant Ft, en confirmant les facteurs de correction et en comparant σH avec σHP.
• Vérification de la résistance à la fatigue de flexion: S'assurer que σF ≤ σFP en définissant YF, en calculant YS, en tenant compte de Yβ, en calculant YB, en identifiant les facteurs de correction et en comparant σF avec σFP.
• Vérification des conditions de travail particulières: inclure une vérification de surcharge à court terme (en tenant compte de la charge instantanée maximale), une vérification de la charge d'impact (en introduisant un facteur de charge dynamique),vérification des conditions à haute température (comptabilisation des changements de performance des matériaux), et la vérification des charges lourdes à basse vitesse (en mettant l'accent sur la déformation plastique).

Les principaux facteurs d'influence et l'optimisation