Résistance et durée de vie : matériau, dureté, charges et montage

Définir le spectre de charge

Indiquer couple permanent, pointes, démarrages, inversions et chocs avec leur durée. Un fonctionnement à 30 N·m et 300 tr/min, des pointes à 60 N·m et une inversion toutes les dix secondes ne se résument pas à un couple moyen. En 10 000 heures à 300 tr/min, l’arbre effectue 180 millions de tours ; les cycles par dent dépendent toutefois du montage et du temps réellement chargé.

Dureté, résistance et ténacité

La dureté mesure la résistance à une indentation locale. Elle n’est ni une contrainte admissible ni une mesure directe de ténacité. Une surface dure ne compense pas un cœur inadapté, une profondeur durcie insuffisante, des inclusions ou des brûlures de rectification.

La fatigue en flexion au pied et la fatigue de contact par piqûres exigent des vérifications distinctes. Micropiqûres, grippage, usure et rupture par surcharge répondent à d’autres mécanismes. Les caractéristiques du matériau doivent correspondre au traitement et à la méthode de calcul retenus.

Traitements thermiques et conversion de dureté

La trempe suivie d’un revenu agit sur les propriétés à cœur. La trempe par induction durcit localement la pièce ; la couverture du pied compte. La cémentation suivie d’une trempe associe une couche dure à un cœur plus tenace. La nitruration peut limiter les déformations, mais exige un matériau et une couche adaptés.

Dureté superficielle, dureté à cœur et profondeur conventionnelle durcie sont des exigences distinctes. L’outil compare HV, HBW et les échelles Rockwell ; la table étendue ajoute HRD, HR15N, HR30N, HR45N et Shore métallique HS. HS n’est pas Shore A ou D des polymères. HK et Leeb HL ne sont pas disponibles.

Chaque table pour aciers est utilisée séparément, sans extrapolation. L’interpolation ne crée pas une précision de mesure. Couches minces, revêtements, alliages non ferreux et plastiques exigent des essais adaptés. ISO 18265 et SAE J417 encadrent ces comparaisons approximatives, sans remplacer l’essai contractuellement prévu.

Efforts sur les deux roues

Pour un couple cylindrique extérieur idéal : i = z₂/z₁, n₂ = n₁/i et T₂ = iT₁. Avec N·m et mm, Fₜ = 2000T₁/d_w1 = 2000T₂/d_w2. Le couple plus élevé de la roue menée ne signifie pas un effort de contact plus élevé.

Au fonctionnement, Fᵣ = Fₜ tan α_wt et |Fₐ| = Fₜ tan |β_w|. Dans un repère commun, les efforts sur les deux roues sont opposés. Le sens axial dépend notamment de l’hélice et du sens de rotation. Les réactions des roulements nécessitent les positions des appuis. L’outil ignore pertes, frottement et facteurs dynamiques ; ce n’est pas un calcul complet de capacité de charge et ces formules ne se transposent pas directement aux engrenages coniques ou hypoïdes.

Défauts d’assemblage et contrôles

Un défaut d’alignement, une flexion d’arbre ou une déformation du carter peut concentrer la charge sur un bord. Une mauvaise distance de montage déplace la portée de contact d’un couple conique ; le jeu seul ne suffit pas à valider le réglage.

Contrôler faux-rond, ajustements, épaulements, cales, précharge, distances de montage, jeu et portée. Une précharge excessive échauffe les roulements ; une précharge insuffisante peut dégrader le positionnement. Vérifier aussi pollution, alimentation en lubrifiant et état des joints. Enregistrer température, bruit et vibrations sous charge représentative : une rotation libre à la main ne prouve pas un bon contact en service.

Choisir les normes selon leur objet

ISO 6336, ANSI/AGMA 2101 et DIN 3990 concernent la capacité des engrenages cylindriques ; ISO 10300 et ANSI/AGMA 2003 concernent les engrenages coniques. DIN 3990-5 et JIS B 1755 apportent des données relatives aux matériaux. Ne pas mélanger librement coefficients et valeurs admissibles de méthodes différentes.

DIN ISO 1328-1 et JIS B 1702-1 traitent de précision, pas d’une durée de vie garantie. ANSI/AGMA 2008 et JIS B 1705 couvrent des sujets distincts de montage ou de jeu ; JIS B 1759 concerne les roues en plastique. Confirmer édition et domaine d’application. La bibliographie publique ne remplace pas les textes normatifs autorisés.

Références