Trois types de défauts d'alignement d'arbre et leurs effets sur les engrenages hélicoïdaux
L'idéal engrenage hélicoïdal La paire fonctionne avec ses deux axes parfaitement parallèles et coplanaires (à l'entraxe nominal), sans décalage axial relatif entre les faces d'engrenage. Tout écart par rapport à cette condition idéale engendre un défaut d'alignement qui perturbe la répartition de la pression de contact. Trois types de défauts d'alignement distincts peuvent se produire indépendamment ou simultanément :
Les axes des deux arbres sont parallèles, mais séparés par une distance différente de l'entraxe nominal C. Si l'entraxe réel est inférieur à la valeur nominale, le jeu diminue et l'engrenage risque de se bloquer. S'il est supérieur, le jeu augmente et la répartition de la charge entre les paires de dents est modifiée. Une erreur d'entraxe de 0,1 mm sur un engrenage M5 modifie le jeu d'environ 0,07 mm, ce qui est conforme à la tolérance de la norme DIN 3967 classe e/f.
Les axes des arbres ne sont pas parallèles ; ils convergent ou divergent sur la largeur de la face. Ce défaut d’alignement angulaire concentre la zone de contact à une extrémité de la dent : l’extrémité où l’écart est minimal supporte la totalité de la charge transmise, tandis que l’autre extrémité est déchargée. La charge de bord qui en résulte augmente la contrainte de contact bien au-delà de la valeur nominale. Un défaut d’alignement angulaire de seulement 0,02 mm/100 mm peut provoquer une charge de bord détectable dans une machine de précision DIN classe 5. engrenage hélicoïdal.
L'une des roues dentées est décalée axialement par rapport à sa partenaire, de sorte que leurs faces d'engrènement ne se chevauchent pas totalement. Ce décalage réduit la largeur effective des faces d'engrènement, augmentant ainsi la contrainte de contact d'un facteur égal au rapport entre la largeur totale des faces et la largeur effective. Pour une roue dentée de 100 mm de largeur de face avec un décalage axial de 5 mm, la largeur effective des faces est de 95 mm, soit une réduction de 5% de la capacité de charge. Au-delà de 10% de largeur de face, la charge sur l'arête de la dent exposée devient une source importante de fatigue.
Tolérances de désalignement admissibles pour les engrenages hélicoïdaux
Le désalignement angulaire admissible pour un engrenage hélicoïdal La paire est directement liée à la tolérance de déviation d'hélice DIN (Fβ) de l'engrenage, car un défaut d'alignement angulaire produit le même effet de contact qu'une déviation d'hélice : un décalage systématique de la zone de contact vers une extrémité de la face. Le budget total de défaut d'alignement doit rester dans la plage de tolérance après prise en compte à la fois de la déviation d'hélice de fabrication de l'engrenage et du défaut d'alignement induit par le carter.
| Classe de précision DIN | Tolérance Fβ typique (M5, b=100mm) | Désalignement angulaire maximal admissible | Écart maximal de distance au centre |
|---|---|---|---|
| DIN Classe 5 (rectifié, précision) | 8 µm | 0,008 mm / 100 mm (8 µm/100 mm) | ±0,03 mm par rapport à la valeur nominale C |
| DIN Classe 6 (mise à la terre, standard) | 12 µm | 0,012 mm / 100 mm | ±0,05 mm |
| DIN Classe 7 (taille-mère de précision) | 18 µm | 0,018 mm / 100 mm | ±0,08 mm |
| DIN Classe 8 (taille-fraise standard) | 25 µm | 0,025 mm / 100 mm | ±0,12 mm |
Procédure d'alignement laser des arbres pour les transmissions par engrenages
Vérification du parallélisme des alésages du carter — l’alignement des alésages du carter d’engrenage détermine le désalignement angulaire réel observé par le engrenage hélicoïdal paire. L'usinage de précision du boîtier et l'alignement laser lors de l'installation contribuent tous deux à rester dans les limites de tolérance Fβ.
Les systèmes d'alignement laser (tels que PRÜFTECHNIK ROTALIGN ou similaires) mesurent simultanément les positions réelles de l'arbre dans deux plans, fournissant à la fois le décalage parallèle et le désalignement angulaire dans les directions horizontale et verticale. engrenage hélicoïdal Lors de l'installation du disque dur, la procédure d'alignement se déroule en quatre étapes :
Vérification du pied souple avant alignement
Avant toute mesure, vérifiez que les quatre pieds de la machine sont bien en contact avec la base. Un pied mal positionné (un pied ne reposant pas complètement sur la base) provoque une torsion du châssis lors du serrage des boulons, créant un défaut d'alignement reproductible qui semble varier pendant la mesure. Assurez-vous que tous les pieds sont bien en place à l'aide de cales d'épaisseur inférieure à 0,05 mm ; aucun jeu ne doit subsister.
Mesurer l'état actuel à froid
Montez les têtes laser sur les deux axes ; faites-les pivoter sur trois positions (9 h, 12 h et 3 h) ; laissez le système calculer le décalage parallèle et le désalignement angulaire. Enregistrez l’état d’alignement à froid avant toute correction : il servira de référence pour le calcul de la correction de dilatation thermique.
Appliquer la correction de dilatation thermique
Saisissez le coefficient de dilatation thermique calculé (coefficient du matériau du boîtier × entraxe × élévation de température) afin que le système cible un état d'alignement à froid correct à température de fonctionnement. Pour un boîtier en fonte avec un entraxe de 200 mm et une élévation de température de 50 °C : dilatation thermique verticale = 11 µm/m × 0,2 m × 50 °C = 0,11 mm — cette valeur doit être précompensée lors de l'alignement à froid.
Corriger et vérifier
Appliquez les corrections de calage indiquées par le système laser. Mesurez à nouveau jusqu'à ce que le décalage parallèle et le défaut d'alignement angulaire soient conformes aux tolérances du tableau ci-dessus. Vérifiez que les valeurs finales d'alignement à froid sont conformes aux tolérances de la classe DIN spécifiée. engrenage hélicoïdal Paire. Documenter et signer avant de procéder à la mise en charge.
Bombage du plomb — La compensation technique du désalignement résiduel
Même après un alignement laser précis, la flèche de l'arbre sous charge introduit un défaut d'alignement angulaire résiduel qui était absent lors de la mesure d'alignement à froid. Pour un arbre d'engrenage de diamètre d et de longueur L (entre paliers) transmettant une force tangentielle F_t, la flèche angulaire sous charge est :
θ_déflexion ≈ F_t × L² / (3 × E × I) [radians, où I = π × d⁴ / 64]
Cette inclinaison angulaire induite par la déformation décale la zone de contact vers une extrémité de la face, reproduisant exactement le même effet qu'un défaut d'alignement angulaire dû à une installation incorrecte. Le bombage de l'hélice (une courbe parabolique délibérée sur l'hélice, le centre de la face étant légèrement plus haut que les extrémités, généralement de 5 à 20 µm) précompense cette déformation : sous charge, la déformation plaque la dent bombée contre la surface de contact, évitant ainsi un contact par l'arête. L'amplitude optimale du bombage correspond au décalage de contact maximal induit par la déformation au couple nominal, calculé à partir de la géométrie de l'arbre et de la charge transmise. Korea Ever-Power rectifie le profil de bombage spécifié sur l'hélice lors du cycle de rectification HÖFLER, ce qui se traduit sur la trace de l'hélice de l'analyseur d'engrenages par une déviation parabolique régulière par rapport à une hélice droite.
Le choix du couplage et son rôle dans l'accommodation des désalignements
L'accouplement reliant le moteur au engrenage hélicoïdal L'arbre d'entrée et l'accouplement à la sortie jouent un rôle crucial pour déterminer si un défaut d'alignement entre la machine et le carter de boîte de vitesses est absorbé par l'accouplement (fonctionnement correct) ou transmis par l'arbre à l'engrènement (fonctionnement incorrect). Les trois types d'accouplement les plus pertinents pour engrenage hélicoïdal lecteurs :
| Type de couplage | Capacité de désalignement angulaire | Déplacement axial | Idéal pour |
|---|---|---|---|
| Accouplement à disque rigide | Quasi nul — transmet directement le défaut d'alignement à l'arbre d'engrenage | Proche de zéro | Entraînements de précision à grande vitesse où l'alignement des arbres est vérifié par laser avec une tolérance de classe DIN 5 ; jamais comme accouplement à usage général |
| mâchoire flexible / couplage araignée | Capacité angulaire de 1 à 2° | compliance axiale modérée | Normes industrielles engrenage hélicoïdal entraînements où un léger désalignement est attendu ; remplacement facile de l'araignée en élastomère |
| Accouplement par engrenages (dents couronnées) | 0,5 à 1,5° par élément | Certains axes ; contrôlés par la couronne dentaire | Entraînements industriels lourds et de grues à couple élevé, où un accouplement flexible ne peut transmettre le couple nominal ; l’accouplement à engrenages compense un désalignement modéré sans transmettre de moments de flexion. engrenage hélicoïdal arbre |
| joint universel (cardan) | Grand décalage angulaire (5–30°) | Aménagé par un joint coulissant | Les transmissions avec un grand décalage intentionnel de l'arbre (transmissions principales de laminoirs, arbres de transmission de véhicules) induisent, à grands angles, une variation cyclique de la vitesse à deux fois la fréquence de l'arbre. |
Spécifications d'alignement et de bombage des plombs pour la technologie Ever-Power de Corée
Korea Ever-Power spécifie les tolérances d'alignement d'installation requises (angulaires et parallèles) pour chaque engrenage à denture hélicoïdale La commande est établie en fonction de la classe de précision DIN de l'engrenage et de la largeur de sa face. Pour les applications où la flèche de l'arbre sous charge est importante, Korea Ever-Power calcule l'amplitude optimale du bombage de la dent et l'intègre à l'hélice, une fonction standard des rectifieuses HÖFLER. fabricant d'engrenages hélicoïdauxLa documentation technique de Korea Ever-Power pour chaque commande d'engrenages comprend la tolérance d'alignement d'installation, la spécification de bombage des conducteurs et la plage de températures de fonctionnement acceptables, fournissant ainsi à l'équipe d'installation les informations nécessaires avant l'installation de l'engrenage plutôt qu'après une défaillance due à une charge sur les bords.
Foire aux questions
Désalignement angulaire de l'arbre dans un engrenage hélicoïdal L'effet de contact de l'entraînement est équivalent à une erreur systématique de déviation d'hélice sur la dent d'engrenage. Avec une géométrie d'engrenage parfaite, mais un défaut d'alignement angulaire de 0,02 mm/100 mm de largeur de face, la zone de contact se déplace vers un bord de face, comme pour un engrenage avec Fβ = 20 µm. Les deux effets s'additionnent : un engrenage de classe DIN 7 (tolérance Fβ = 18 µm) installé avec un défaut d'alignement de 0,015 mm/100 mm présente une erreur d'hélice totale effective d'environ 33 µm, supérieure à celle de la classe DIN 8. La corrosion par piqûres qui en résulte est identique à celle due à la charge sur les bords lors de la fabrication ; seule l'historique des relevés d'alignement permet d'en déterminer la véritable cause.
Oui, avec certaines limites. Un bombage important des pattes concentre la zone de contact sur une largeur réduite au centre de la face, diminuant ainsi la longueur de contact effective et augmentant les contraintes de contact. Pour un défaut d'alignement de 0,02 mm/100 mm non corrigible par réalignement (par exemple, la flexion inhérente du logement sous charge), un bombage des pattes de 15 à 20 µm compense adéquatement ce défaut sans augmentation excessive des contraintes de contact. Au-delà de 30 à 40 µm de bombage pour un engrenage M5, la réduction de la largeur de contact augmente suffisamment les contraintes pour annuler l'avantage de la répartition des pattes ; la solution appropriée à ce niveau de défaut d'alignement consiste alors à réduire ce dernier plutôt qu'à augmenter le bombage.
Dans une boîte de vitesses standard montée au sol, les arbres d'engrenages sont horizontaux. La dilatation thermique du carter et des supports moteur se produit selon les trois axes, mais la dilatation verticale est prépondérante pour l'alignement : la gravité agissant vers le bas, le poids de la machine repose sur les supports au sol. La dilatation thermique horizontale est absorbée par la capacité de la machine à glisser sur son châssis sans générer de force de rappel. La dilatation thermique verticale, si leur dilatation n'est pas identique, soulève l'arbre moteur par rapport à l'arbre de la boîte de vitesses, créant ainsi un défaut d'alignement angulaire vertical. Les configurations à moteur monté en partie supérieure présentent des effets de dilatation thermique différents et nécessitent une analyse spécifique.
Pour un engrenage hélicoïdal Avec un jeu axial standard (classe e/f selon la norme DIN 3967), le déplacement axial entre les engrenages en prise est acceptable jusqu'à environ 3 à 5 mm de la largeur de la face d'engrènement. Pour b = 100 mm, cela correspond à un décalage axial maximal de 3 à 5 mm avant que l'arête de dent exposée ne crée une concentration de contraintes significative. En pratique, la poussée axiale doit être absorbée par des butées axiales afin d'éviter tout déplacement axial au niveau de l'engrènement. Les engrenages flottants (sans butée axiale) ne sont acceptables que pour les engrenages à double denture hélicoïdale (en chevrons) où l'engrenage s'auto-centre axialement.
Documentation relative aux tolérances d'alignement avec chaque commande d'engrenages hélicoïdaux
Korea Ever-Power fournit des tolérances d'alignement d'installation, des spécifications de bombage des broches et des conseils sur la dilatation thermique avec chaque commande d'engrenages hélicoïdaux de précision, donnant ainsi à l'équipe d'installation les informations dont elle a besoin avant l'installation de l'engrenage, et non après une panne.
Tolérance d'alignement · Bombement des broches · Calcul du décalage thermique · Recommandation de couplage · Inclus avec chaque commande
Éditeur : Cxm
