En tant que composant essentiel du système de transmission mécanique, la fiabilité est directement liée au fonctionnement normal de l'équipement.Le stress racinaire (Root Stress) est l'un des principaux facteurs affectant son échec.Dans cet article, nous analyserons en profondeur la méthode de calcul de la contrainte de flexion de la racine des dents et discuterons de la méthode d'analyse de la rupture et de la défaillance des engrenages,Afin d'aider les ingénieurs à mieux comprendre et prévenir le problème de la rupture des engrenages, et améliorer la durée de vie des engins.

1Définition de la contrainte de flexion de la racine dentaire

La racine des dents est la partie la plus faible de l'engrenage.son effet de concentration de contrainte est fortL'excès de stress des racines peut entraîner l'apparition et l'expansion de fissures de fatigue, et finalement conduire à la rupture des engrenages.

2. Méthode de calcul de la contrainte de flexion de la racine dentaire

La contrainte de flexion de la racine est généralement calculée par la formule de Lewis (équation de Lewis) ou la formule standard ISO 6336-3.

2.1 La formule de Lewis

La formule de Lewis est une méthode simplifiée de calcul des contraintes de racine adaptée à l'estimation préliminaire de la résistance des engins:

parmi lesquels:

σ F: Tensions de flexion des racines (MPa)

Ft: force tangentielle agissant sur la surface de l'engrenage (N)

B: largeur de la dent (mm)

M: module (mm)

Y: coefficient de forme des dents, en fonction du nombre de dents et de l'angle de pression

✅ Cette formule suppose que la racine de l'engrenage est dans l'état de flexion de la simple poutre de support, sans tenir compte de l'effet de concentration de contrainte,et ne s'applique qu'au calcul de faible précision.

2.2 Formule de référence ISO 6336-3

Pour un calcul plus précis de la contrainte racinaire, voir la formule spécifiée dans l'ISO 6336-3:

parmi lesquels:

KF: Coefficient de répartition de la charge

KA: Coefficient de charge appliqué

KV: le coefficient de charge dynamique

YF: coefficient de forme des dents

YS: Coefficient de concentration de contrainte

✅ La méthode de calcul ISO 6336-3 prend en compte les conditions de travail réelles, telles que la répartition de la charge, les erreurs de fabrication, etc., et convient à la conception d'engrenages de haute précision.

3Analyse de la rupture et de la défaillance des engrenages

Les ruptures d'engrenages sont généralement causées par une défaillance par fatigue ou une défaillance par surcharge. Voici les modes de défaillance courants:

3.1 Fracture due à la fatigue des racines (fracture due à la fatigue)

Caractéristiques: Les fissures proviennent de la racine et s'étendent le long de la racine, provoquant finalement la rupture de l'engrenage.

cause:

La charge de propagation à long terme entraîne une extension de la fissure de fatigue

Le stress de la racine de la dent est trop important et l'effet de la concentration de stress est significatif

Résistance à la fatigue insuffisante du matériau

Rx:

L'angle racine-racine a été optimisé pour réduire la concentration de stress

Pour carburiser ou bouler pour améliorer la résistance de surface

3.2 Fracture de surcharge

Caractéristiques: le port de fracture présente des caractéristiques de fracture fragile et la fissure se dilate rapidement.

cause:

Impact de surcharge entraînant une fracture instantanée

Défauts du matériau racinaire, tels que inclusions, fissures

Rx:

Utiliser des matériaux de haute dureté pour améliorer la résistance aux chocs

La détection des défauts par ultrasons a été effectuée pour détecter les défauts internes

4. Optimisation de la conception des engins de transport ferroviaire

Dans la conception des boîtes de vitesses de transport ferroviaire, il est essentiel d'améliorer la résistance des racines.

Cas 1: engins de l'UEM à grande vitesse

Les racines et les coins arrondis des dents sont utilisés pour réduire la concentration de stress.

Effectuer un traitement de surface pour améliorer la résistance à la fatigue.

Cas 2: boîte de vitesses du métro

L'acier carburisant à haute résistance est sélectionné pour améliorer la résistance à l'usure.

La racine de la dent a été optimisée pour améliorer la répartition de la charge.

Le stress de racine est le facteur clé pour déterminer la défaillance de la rupture de l'engrenage.

La norme ISO 6336-3 fournit une méthode plus précise de contrainte de flexion des racines pour la conception d'engrenages de haute précision.

Les défaillances de rupture des engrenages comprennent principalement la rupture par fatigue et la rupture par surcharge. La résistance à la fatigue doit être améliorée en optimisant la structure racinaire et en renforçant le traitement de surface.

La boîte de vitesses de transport ferroviaire doit être faite de matériaux de haute résistance et combinée à une technologie d'essai moderne pour assurer le fonctionnement stable à long terme de l'engrenage.