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Transmission à engrenages planétaires : Guide complet de la conception de la résistance pour la sécurité
La transmission planétaire a gagné une large application dans l'énergie éolienne, l'aviation, les machines de construction, la robotique, l'automobile et d'autres domaines en raison de ses avantages de structure compacte,haute densité de puissanceLa sécurité de la conception de la transmission planétaire est principalement déterminée par deux facteurs de sécurité cruciaux:résistance à la fatigue du contact avec la surface des dents et résistance à la fatigue de flexion de la racine des dentsCes deux facteurs constituent les considérations de conception les plus importantes pour la transmission des engins planétaires, et la maîtrise de leurs connaissances connexes est vitale pour les ingénieurs.
1Une brève introduction à la transmission de l' engrenage planétaire
Le système de transmission des engrenages planétaires se compose principalement de trois composants clés: l'engrenage solaire, les engrenages planétaires et l'anneau d'engrenage interne.Son principe de fonctionnement de base implique les engrenages planétaires tournant autour de l' engrenage solaire tout en tournant sur leurs propres axesPour une compréhension plus détaillée des principes fondamentaux,se référer à la littérature professionnelle ou aux publications spécialisées sur les engins de transmission.
2Sélection du matériau pour la transmission des engins planétaires
Le choix des matériaux affecte directement les performances et la durée de vie des engrenages planétaires.
| Composant | Matériel | Traitement de surface | Caractéristiques de dureté | Limite de fatigue par contact | Limite de fatigue de flexion |
|---|---|---|---|---|---|
| Équipement solaire (A) | 20CrMnMo | Carburation et éteinte | Surface de la dent: 56 à 60 HRC; noyau: 30 à 42 HRC | 1500 N/mm2 | 500 N/mm2 |
| Équipement planétaire (C) | 20CrMnMo | Carburation et éteinte | Surface de la dent: 56 à 60 HRC; noyau: 30 à 42 HRC | Les mesures de sécurité doivent être effectuées en tenant compte de l'état de l'appareil et de l'état de l'appareil. | 500 N/mm2; 350 N/mm2 (après correction) |
| Rings de vitesses internes (B) | 42CrMo | Éteindre et tempérer | Surface des dents: 260 à 290 HB | 690 N/mm2 (malle interne); 750 N/mm2 | 310 N/mm2; 217 N/mm2 (après correction) |
- Matériaux communs pour les engrenages solaires et planétaires: 20CrMnTi, 20CrMo, 20CrMnMo, etc. Les entreprises japonaises utilisent principalement SCM420 (équivalent à 20CrMo), tandis que les entreprises allemandes et italiennes préfèrent 20CrMnMo et 18CrNiMo7-6.
- Matériaux communs pour les anneaux d'engrenages- 42 crmo, 20 crmo. - Je ne sais pas.
3Traitement thermique des engrenages
Un traitement thermique approprié améliore les propriétés mécaniques des engrenages pour répondre aux exigences opérationnelles:
- Équipement solaire et équipement planétaireLa dureté de la surface atteint 58-62 HRC et la dureté du noyau est de 30-45 HRC.Il en résulte une limite de fatigue par contact (σHlimC) de 1500 MPa et une limite de fatigue par flexion (σFlimC) de 500 MPa..
- Anneau d'engrenage interneLa dureté de surface est de 550-700 HV, avec une limite de fatigue par contact (σHlimC) de 750 MPa et une limite de fatigue par flexion (σFlimC) de 310 MPa.
4Les principales limites de fatigue et les facteurs qui les influencent
4.1 Limites de fatigue de flexion (σFlim)
Il fait référence à la valeur de contrainte ultime que la racine de la dent peut supporter sans défaillance sous des charges répétées à long terme.
- Matériau et traitement thermique: La composition du matériau, les propriétés mécaniques et les procédés de traitement thermique (carburation, nitridation) ont une influence directe sur le σFlim.la profondeur effective de la couche durcie des engrenages carburés doit être ≥ 0.15 mm, et celle des engins nitridés devrait être de 0,4-0,6 mm.
- Paramètres structurels: Le rayon du filet de racine de la dent, la rugosité de la surface (Ra ≤ 1,6 μm) et la largeur de la dent influent sur la répartition des contraintes et les performances en cas de fatigue.
- Charge et conditions de travail: Pour les engrenages à courbure bidirectionnelle, σFlim doit être multiplié par 0.7; pour une flexion bidirectionnelle symétrique (comme les engrenages planétaires), elle est également multipliée par 0.7Les engrenages à grande vitesse nécessitent une prise en compte des méthodes de lubrification (lubrification par graisse, lubrification par éclaboussure ou lubrification forcée).
4.2 Limites de fatigue par contact (σHlim)
Il s'agit de la valeur maximale de contrainte à laquelle le matériau de l'engrenage peut résister sans défaillance de creusement après un nombre spécifique de cycles (généralement 107 fois) sous contrainte de contact cyclique.
- Méthode de mesure de base: déterminé par des essais standard (tels que des essais de contact de laminage) sous 107 cycles.
- Facteurs de correction essentiels:
- Conditions de lubrification: le dédoublement est nécessaire lorsque l'épaisseur du film d'huile est insuffisante.
- Gradient de dureté de surface: la profondeur de la couche durcie doit être ≥ 0,2 fois celle du module.
- Facteur de correction de rugosité ZL: Prenez 1,0 lorsque Ra ≤ 0,4 μm.
- Facteur de sécurité SH: généralement ≥ 1.0.
- Paramètres de la norme d'essai(cf. GB/T 14229): paramètres standard de l'engrenage à éperons (module 3-5 mm, rugosité de surface Rz = 3 μm, vitesse linéaire 10 m/s); viscosité du lubrifiant 100 mm2/s (ZL = 1).
- Mode de défaillance typique: épaississement par fatigue de creusement (damage marqué par pock).
5Contactez le contrôle de la force de la fatigue.
Lors du maillage des engrenages, le contact de surface des dents n'est pas une ligne ou un contact de point idéal, mais forme un contact Hertz sous charge, créant une zone de contact elliptique ou linéaire.Le calcul de la contrainte de contact est basé sur la théorie du contact Hertz, et la contrainte de contact maximale (σH) est exprimée comme suit:
(sigma_{H}=Z_{E} sqrt{frac{F_{t}}{b cdot d_{1}} cdot frac{u+1}{u} cdot K_{A} cdot K_{V} cdot K_{H bêta} cdot K_{H alpha}})
Où:
- ZE: Coefficient d'élasticité, lié au rapport de Poisson et au module d'élasticité du matériau.
- Charge tangentielle.
- b: largeur des dents.
- d1: diamètre du cercle de pivotement du pignon.
- U: rapport de vitesse.
- KA, KV, KHβ, KHα: coefficients de charge (facteur d'application, facteur de charge dynamique, facteur de répartition de la charge des traces dentaires, facteur de répartition de la charge dentaire).
Exigence de vérification: SHmin = δHP (tension de contact admissible) / δH (tension de contact calculée) ≥ 1.12.
6- Vérifiez la force de la fatigue.
6.1 Normes d'évaluation
- Méthode A: toute méthode appropriée (méthode à éléments finis, méthode intégrale, méthode de cartographie conforme) ou mesure réelle (telle que la détection photoélastique, la mesure de la déformation) peut être utilisée,Mais il nécessite une charge de travail importante et est uniquement pour des occasions spéciales.
- Méthode B: la contrainte de traction maximale à la racine de la dent du profil de la dent latérale chargée est prise comme contrainte de flexion nominale,qui est corrigé par des coefficients correspondants à la contrainte de la racine de la dent calculéeCette méthode suppose que la contrainte maximale de flexion de la racine des dents se produit au point le plus externe du maillage à une seule dent de la paire d'engrenages.
6.2 Calcul de la contrainte de flexion des racines des dents
La formule de calcul de la contrainte de flexion de la racine dentaire est:
Les résultats de l'analyse sont présentés dans la table ci-dessous.
où σFo est la contrainte nominale de la racine des dents et les autres paramètres sont des coefficients de correction liés aux conditions de travail et à la structure des engrenages.
Exigence de vérificationLe résultat de l'essai doit être identique à celui de l'essai.6.
7. Résumé
Le creusement de la surface des dents est un mode de défaillance typique des systèmes de transmission d'engrenages, qui implique des contraintes de contact, une fatigue du matériau, des conditions de lubrification et d'autres facteurs.La durée de vie et la fiabilité des engrenages peuvent être efficaces
Temps de bar : 2025-08-05 10:02:49
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