Couronne :un correctif pour la réduction du bruit et le désalignement des engrenages

Les trains d'engrenages bruyants sont depuis longtemps un problème courant pour les concepteurs d'engrenages. Avec les demandes de boîtes de vitesses plus petites transmettant plus de puissance à des régimes plus élevés et les demandes actuelles d'une plus grande efficacité, les ingénieurs des engrenages sont toujours à la recherche de nouvelles façons de réduire les vibrations et de limiter le bruit, sans augmenter les coûts.

Certaines solutions populaires au problème des engrenages bruyants incluent l'élargissement du pignon pour réduire la contre-dépouille ; utiliser du Phénolique, du Delrin ou d'autres produits insonorisants, dans la mesure du possible ; ou passer à un train d'engrenages hélicoïdaux. D'autres méthodes incluent le resserrement des spécifications pour assurer une meilleure qualité d'engrenage ou la refonte des caractéristiques d'absorption acoustique de la boîte de vitesses. Parfois, l'expérimentation de rapports de démultiplication peut limiter l'amplification des fréquences harmoniques, ce qui peut autrement amener une boîte de vitesses à amplifier le bruit comme un système stéréo finement réglé. L'ingénieur peut également étudier les exigences en matière de matériaux et de dureté, de sorte que des modifications puissent être apportées pour minimiser la distorsion du traitement thermique ou éventuellement éliminer complètement le besoin de traitement thermique. Une attention particulière doit également être portée à la géométrie des engrenages pour assurer un contact maximal.

Figure 1.

Une autre approche du problème du bruit des engrenages qui donne de bons résultats est le couronnement ou le barillet des dents. Cette technique consiste à modifier l'épaisseur de la corde de la dent le long de son axe. Cette modification élimine le palier d'extrémité en offrant un palier de contact au centre de l'engrenage.

Un deuxième avantage de l'approche de couronnement de la coupe d'engrenages est la minimisation des problèmes de désalignement, causés par un usinage imprécis de la pièce moulée, du boîtier, de l'arbre, des boîtes de vitesses ou des tourillons. Le bombage peut également réduire les problèmes de plomb dans les engrenages eux-mêmes, ce qui entraîne une usure inégale des engrenages et leur coincement en raison d'excentricités et d'erreurs de position. De toute évidence, un engrenage avec un contact central est moins affecté par une fabrication ou une conception différente ; en outre, vous pouvez réduire les exigences de jeu et permettre aux engrenages de s'user plutôt que de s'user.

Figure 2.

Le rasage est une opération de finition des engrenages secondaire effectuée après un taillage ou un façonnage grossier pour créer la couronne souhaitée. Le rasage de la couronne est depuis longtemps une méthode populaire, en particulier dans la fabrication d'engrenages à pas grossier. Avec l'évolution récente des équipements d'engrenage capables de couronner tout en coupant, le besoin de raser juste pour obtenir une couronne a été éliminé.

Deux variantes de la méthode de rasage de la couronne produiront un engrenage pour compenser les conditions de déphasage ou de désalignement.

Une approche produit une couronne en basculant la table pendant le mouvement alternatif du travail et de la fraise. Le degré de couronne est facilement modifié par cette méthode. L'autre approche est l'alimentation en plongée, qui nécessite d'habiller la lame de rasage à la couronne souhaitée. Généralement, il est plus rapide d'avancer en plongée, mais la technique peut soumettre la fraise à une plus grande usure. Bien sûr, il est plus difficile de changer la couronne, à condition de commencer avec des engrenages de bonne qualité. Le rasage améliore la qualité du profil et réduit l'erreur dans la dent d'engrenage grâce à l'action de coupe et de brunissage des couteaux.

Figure 3.

La forme de couronne peut être produite sur les dents d'engrenage de plusieurs autres manières. Une méthode consiste à façonner l'engrenage à l'aide d'une came en couronne dans le mécanisme de recul du façonneur. Le rayon approprié de l'engrenage est calculé en utilisant la quantité de couronne sur le flanc et l'angle de pression de l'engrenage. Malheureusement, les blocs, bien qu'ils ne soient pas complexes, ont tendance à être coûteux.

L'avènement de la dernière génération d'équipements à engrenages a rendu populaires deux méthodes de couronnement tout en taillant. Les deux méthodes produisent des couronnes en augmentant et en diminuant la distance entre le centre de la fraise et la pièce. La première méthode utilise la copie physique d'un modèle par un appareil d'hydrocopie ou de suivi mécanique. Cela permet un taillage conique ou même la création de formes d'ondes sinusoïdales, si vous le souhaitez. Plus récemment, la deuxième méthode, le taillage CNC, est devenue courante.

En fonction des limitations du logiciel, la CNC permet de couper des engrenages dans presque toutes les formes souhaitées. Un inconvénient de cette approche est le coût élevé de l'équipement, bien que le retour sur investissement ait considérablement diminué ces dernières années.

Les nouveaux façonneurs CNC peuvent couper une couronne ou une cannelure sans avoir besoin d'acheter une came de couronnement spéciale. Sur le Gleason Pfauter P 300 ES de notre entreprise, par exemple, nous pouvons couronner en coupant un léger angle d'hélice à droite et à gauche le long de la largeur de face de la pièce. Cela laisse le diamètre de la racine droit. Nous avons également un Bourn &Koch Fellows MS 450 avec un axe U pour contrôler le back-off. Il peut être programmé pour déplacer la broche de coupe vers l'intérieur et l'extérieur pendant le cycle de course pour couronner la dent en coupant plus profondément aux extrémités de la largeur de la face et plus peu profonde au point haut de la couronne.

Figure 4.

Qui utilise cette technologie de taillage d'engrenages aujourd'hui ?

Les utilisateurs d'engrenages fortement chargés utilisent le couronnement depuis un certain temps. Un autre domaine propice à l'utilisation du couronnement est la fabrication de moteurs hydrauliques à oscillation. Ici, l'application est strictement pour les problèmes de désalignement plutôt que pour la réduction du bruit. Une zone alliée implique des pignons fortement chargés utilisés dans les actionneurs des gouvernes d'avions. De manière générale, il est plus avantageux de couronner le pignon car il fait plus de tours par minute et peut générer plus de bruit. Dans ce cas, il est primordial de compenser la déflexion de la charge.

Malheureusement, peu d'entreprises aux États-Unis ont appliqué cette technologie aux engrenages commerciaux à pas fin. Cependant, les quelques fabricants qui l'ont essayé sont les plus satisfaits des résultats. Certains utilisateurs ont signalé une réduction de cinq à 10 fois du bruit, accompagnée de moins de vibrations, d'usure et de consommation d'énergie.

Les principaux candidats à l'utilisation de la technique de couronnement sont les petits fabricants de moteurs à puissance fractionnaire ou toute personne ayant affaire à des pignons droits ou hélicoïdaux sensibles au bruit ou à un désalignement. Parce que le couronnement sur des équipements de taillage d'engrenages étrangers est disponible depuis plus longtemps, cette méthode a été développée dans une plus large mesure en Europe.

Les fabricants américains feraient bien de profiter de la disponibilité de ce type de technologie. L'exploration du bombage comme solution aux problèmes de bruit et de désalignement peut produire un réel avantage concurrentiel pour les fabricants d'engrenages et les utilisateurs.