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FLUIDES & TRANSMISSIONS N99 - AVRIL 2007

24 TECHNOLOGIEDfaillance des engrenages

La comprendre pourmieux lviter Une pice est dfaillante partir du moment o elle ne

remplit plus sa fonction , dfinit Patrice Huver, responsable

du dpartement Analyse et Expertise des Dfaillances (ADE)

du Cetim. Quelles sont les diffrentes dfaillances observes

sur les engrenages ? Quelles sont leurs causes ? A quoi les

reconnat-on ? Quelles consquences sont prvoir ? Laconfrence itinrante Les transmissions parengrenages : dfaillances et lubrification orga-nise par le Cetim a pass en revue tous les casde figures. Leur connaissance approfondie pourrait aboutir,pour la profession, une bonne pratique de lengrenage ,

tant lors de son laboration que dans son utilisation.

Destine un bataillon dexpertsen tous genres, la confrenceitinrante Les transmissionspar engrenages : dfaillanceset lubrification , prononce parChristophe Le Flche, Expert enADE du Ple Machines et Com-mandes du Cetim, avait tout ducours magistral : la majorit de sonpublic est appele enquter et

dcider du ou des responsables

dune dfaillance technique quandelle savre dsastreuse !Cette confrence fait galementfigure de mine de renseignementspour qui veut viter la casse deson matriel. Soigner lusinage,viter les surcharges, vrifier rgu-lirement la bonne lubrification desengrenages, filtrer le lubrifiant : onpourrait croire que ce sont des

rflexes de base ! Et pourtant,

lauditoire nombreux montre queles experts ne chment pas ! Lvolution de laspect des flancsva dpendre de la conceptionde lengrenage, des matriauxutiliss, de la mthode de taillageemploye, de la lubrification, desconditions de montage et desconditions de fonctionnement ,nonce Christophe Le Flche.

De bonnes conditions de fonc-tionnement se traduisent parune usure faible ou normale desflancs actifs des dents. Des condi-tions dgrades ou anormalesconduisent une dgradation desdentures.

DISTRIBUTIONDES CONTRAINTESDans un engrenage, les mouve-ments relatifs des surfaces desdents en contact sont de deuxtypes : roulement et glissement. La

distribution des contraintes entredeux flancs en action savreraprimordiale lusage, do unerflexion ncessaire lors du choixdu profil de la dent dengrenage.En plus du cisaillement principalproduit par le contact dengr-

Lvolution

des flancs va

dpendre de la

conception delengrenage,

des matriaux,

de la mthode

de taillage, de la

lubrification, des

conditions de

montage et defonctionnement

Endommagements combins

C

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Ensemble spiro-conique sain

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nement (roulement sous chargeet glissement conjugus) ensous-couche la profondeur dela contrainte maximale, la rugositdes surfaces initie galement denombreux maximums secondai-res de contraintes de cisaillementrparties sous la surface.Les phnomnes de dtriorationsuperficielle dpendent en outredes conditions de fonctionnement,de la temprature du contact, dela lubrification, de la duret et deltat des surfaces, de la compa-tibilit et de la nature des mtauxen prsence. Ce sont donc desphnomnes trs complexes, quiaboutissent aux dgradationssous leurs diffrentes formes :usure abrasive ou adhsive, br-lures, fatigue de contact, ... ,explique Christophe Le Flche.

ALTRATIONSPar ailleurs, des fissures vont sedvelopper partir daltrations

locales de surface ou daugmen-tations locales des contraintes au

voisinage de discontinuits destructures. Les fissures initiales oudorigine thermique surviennenten gnral au moment de lla-boration des roues dengrenage :forge, trempe, rectification sontautant dtapes critiques pour ladure de vie de lengrenage. Lesfissures par fatigue apparaissentquant elles aprs un certaintemps de fonctionnement. Il nya aucun remde une fissurationde denture , prcise ChristopheLe Flche.Toutes ces dgradations condui-sent de toute faon lavarie, plus ou moins long terme selon ledegr de progression des phno-mnes constats et les impratifsde dure de vie du systme. Ondcide de remplacer lengrenageou de lexaminer priodiquement,prises de clichs ou dempreintes lappui .Pour une utilisation sans soucisdes systmes engrenages, la

premire prcaution prendre estde ne pas ngliger la priode de

DES DFAILLANCES BIEN DFINIES

Usure :phnomne local caractris par un enlvement de matired au glissement relatif de deux surfaces lune sur lautre.

Usure par adhsion :apparat lorsque la pression de contactentre les deux surfaces frottant lune sur lautre est suffisante pourprovoquer des dformations plastiques, des microsoudures ou desadhsions locales.

Grippage : rsulte de la rupture du film lubrifiant sous lactiondune surchauffe ou dune pression excessive en fonctionnement,provoquant un contact mtal/mtal entre les surfaces, soudure puisarrachement.

Usure trois corps :cause par la prsence dun troisime corps(en gnral abrasif) vhicul entre les deux surfaces en contactpar le lubrifiant.

Usure par interfrence :Produite en dbut ou en fin den-grnement par les interfrencesde fonctionnement entre les dentsconjugues (mauvaise conceptiongomtrique, flexion exagre desdents en service).

Corrosion :attaque chimique ou lectrochimique du matriau.

Etincelage : piqres provoques par le passage de courants vagabonds qui amorcent des arcs lectriques entre les surfacesmtalliques.

Fatigue de contact :dtrioration des surfaces de contact due auxcontraintes rptes la surface ou en sous-couche dont les valeursdpassent les limites dendurance la pression des matriaux.

Piqres :e n d o m m a -gements desurface dus la fatigue decontact, se

prsentant sous la forme de cavits de diffrentes tailles qui sedveloppent partir de la surface des dents dengrenages traits cur.

Ecaillage : endom-magements profondsinitis en sous-couchedes dents dengrenagestraits superficiellement, la profondeur de lacontrainte de cisaillementmaximum.

Empreintes :petites cavits ou dpressions bords arrondiscauses par le passage dans lengrnement dun corps tranger.

Broutage :petites rides ondules disposes sur les flancs perpen-diculairement la direction du glissement.

Dformation plastique par roulement :dformation perma-nente de la surface due au dpassement de la limite lastique dumatriau dans la zone de contact, sous leffet de la pression et duglissement.

Usure par interfrence en pied

Piqres

Ecaillage

Grippage chaud

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Grippage froid

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rodage. Il permet duser tranquille-ment les surfaces de lengrenageneuf pour en amliorer la portanceet le fonctionnement.

PROFIL IDALLe rodage lisse idalement leprofil des dents de lengrenage

dun mode, dun systme de grais-sage (tanch, filtr, rgul) et dunlubrifiant adapts (base, additifset viscosit). Dans un engrenage,

beaucoup de dgradations sontdailleurs ralenties ou contrecarrespar la seule augmentation de cettedernire ! Usure sous toutes sesformes, piqres et micro-piqres,dformation plastique des flancspar roulement, sont autant de ph-nomnes auxquels il est bon de passer la pommade !

FISSURE QUI FILEA lutilisateur, donc, de prendre soinde ses petites roues dentes, maisaussi de choisir des composants

de la qualit idoine. Matriau decomposition, traitement, profil desdents, soin apport lusinage,tous ces paramtres entrent aussien ligne de compte de la dfaillan-ce. Ecarts gomtriques des dents,dfauts dalignement, rectificationmal dose, cest linterfrencequi mne la danse, la fatigue quisacclre, la fissure qui file dans lamasse... aboutissant la casse.

pour le travail qui lui sera demandpour le restant de ses jours. Engnral, aprs un certain tempsde fonctionnement, les portessamliorent avec lusure, plusintense dans les zones o la por-te est prpondrante , rappelleChristophe Le Flche.

Il sagit galement pour lutilisa-teur dcouter le systme : lesdysfonctionnements se signalentsouvent par des vibrations intem-

pestives, des -coups, des bruitsdivers et varis qui ne ressemblenten aucun cas au ronronnementrgulier de la mcanique en bonnesant ! Cela permettra en particulierde dtecter les phnomnes dusu-re marqus (abrasive, adhsive oupar interfrence), ainsi que lappari-tion de piqres ou dcaillages surles flancs.Par ailleurs, il faut absolument viterles surcharges, mme ponctuelles !Cest tout bte, mais bon nombrede dgradations sont vites rien

quen respectant les capacitsmcaniques de lengrenage ! Grip-page, brlures, piqres, caillage,dformation des profils, fissura-tions et ruptures sont les enfantsterribles de lengrenage surcharg.Ils terminent toujours leur sale be-sogne par la mise hors service dusystme.Enfin, il est indispensable de bienlubrifier lengrenage, par le choix

Dislocation de couche traite

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LADE TRANSFORME LA DFAILLANCE EN ATOUTLa dfaillance matrielle ou de production est le cauchemar de lindustriel.Le dpartement Analyse et Expertise des Dfaillances (ADE) du Cetimpropose de savoir pourquoi elle sest produite et comment faire face cet vnement dplaisant.Cette quipe de 50 personnes cherche ainsi tirer parti de lenseigne-ment apport par lanalyse de la dfaillance dplore - et, bien sr, sarsolution - pour amliorer le systme pris en dfaut. 30 ans dexp-rience rpertoris dans une banque de donne comptant pas moins de30 000 analyses de dfaillance assurent un gain de temps non ngli-geable pour la livraison du rsultat et ce dans des domaines trs divers :avaries mcaniques et mtalliques, corrosion, dfaillances plastiques etcomposites, peintures, carburants, lubrifiants, transmissions mcaniques,assemblages et soudage, tanchit. Pour que devant une dfaillance,chaque industrie puisse sortir la carte action de correction .

La qualit du forgeage de la den-ture, le suivi du protocole de trempeou tout autre traitement thermiquedu matriau sont importants. Silon ne prend pas garde, entreautres, la prsence, au momentdu forgeage, dinclusions ou dim-purets non mtalliques, la fissureest assure ! Or, la fissurationest dramatique pour la denture,elle conduira systmatiquement

la rupture de la dent ! , scandeChristophe Le Flche.La gomtrie de lengrnementet des profils sont optimiser enfonction des charges, tout en exi-geant prcision et qualit dtat desurface des dentures au taillage.Reste encore en dernier recourt lapossibilit, pourtant, de retoucherles dents, si ltat de la denture,la profondeur du traitement et les

conditions de fonctionnement lepermettent.Dailleurs, si la surface de lengre-nage est traite, lpaisseur de lacouche durcie et ses propritsphysiques par rapport au curde lengrenage ne sont pas nonplus ngliger : si les contraintesintrinsques de la pice favorisentle dfaut, on ne sen sort plus !Mais quoi quil arrive - mme avec

tous les efforts du monde, la com-plexit du problme est destine rserver toujours des surprises- pour dcider de rparer ou deremplacer un engrenage, il y a deuxquestions se poser. Quelles sontla ou les causes ? ; Lengrenageest-il toujours apte sa fonction ? .Pour aider y rpondre, il y alquipe du dpartement ADE, auCetim. E.B.

Usure abrasive

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