Origines de défauts des engrenages et la simulation numérique 

Fissuration

Ce défaut apparaît dans les dentures en aciers fins durci par traitement thermique et qui sont sensibles aux concentrations de contraintes. L’apparition des fissures est la conséquence d’une contrainte au pied de la dent qui dépasse la limite de fatigue du matériau et généralement elle se trouve du côté de la dent sollicitée à l’extension (figure IV.10). Elle progresse à chaque mise en charge de la dent [87]. Figure IV-10 : Fissuration au pied de la dent [87] Les fissurations sont de diverses sortes, généralement liées à des défauts de fabrication ; elles peuvent altérer l’état des surfaces, comme par exemple des fissures dues aux forgeages, des tapures de trempe, des criques de rectification, des criques d’origine thermique, des fissures de fatigue,… 

Détérioration par rupture

Les causes de détériorations des dents sont multiples. La rupture est une avarie brutale et souvent inattendue. Elle est parmi les plus dangereuses, car elles entraînent l’arrêt de l’installation, et parfois la destruction généralisée par suite de l’entraînement de partie de dents dans l’engrènement. On distingue généralement [87]:  Ruptures par surcharge.  Ruptures de fatigue.  Ruptures par concentration de contraintes.  Ruptures provenant de défauts de traitement thermique.  Ruptures provenant de défauts de rectification. 

Ruptures par surcharge

Ces ruptures surviennent le plus souvent d’un seul coup, c’est-à-dire en une seule mise en charge de la dent. La surface de rupture peut indiquer (figure IV-11) :  Des zones granuleuses et brillantes, appelés « zones de rupture fragile » ou le métal s’est rompu parce qu’il n’a pu supporter les contraintes de traction atteintes.  Des zones avec arrachements ou même bourrelets lisses, appelés « zones de rupture ductile » ou le métal a perdu sa cohésion par suite des contraintes de cisaillement atteintes. Figure IV-11 : Rupture par surcharge [87] Chapitre IV Origines de défauts des engrenages et la simulation numérique

Ruptures de fatigue

Comme tous les phénomènes de fatigue, c’est une dégradation progressive. Contrairement aux autres formes d’usure, celle-ci concerne les engrenages bien lubrifiés. Les endommagements peuvent rester longtemps cachés avant de se manifester brutalement, ou bien se révéler de façon spectaculaire et précoce. L’usure par fatigue est lente et habituellement masquée par l’abrasion ou l’adhésion. Induite par le frottement de roulement avec glissement sous fortes charges répétées, on la rencontre essentiellement dans les engrenages et les roulements dont elle constitue le mode normal de destruction. D’une manière générale, cette fatigue se produit sous l’effet des contraintes tangentielles alternées. Si le frottement est très faible ces contraintes sont maximales en profondeur, ce qui peut être le cas avec les dentures très bien lubrifiées. Par contre, si les forces de frottement ne sont plus négligeables, le cisaillement est maximal en surface [88]. Selon les circonstances, l’amorçage des fissures de fatigue se fera en sous-couche ou bien de façon apparent sur la peau de la pièce. Il ya donc diverses formes possibles, que nous allons passer en revue et on distingue :  La fatigue superficielle par écrouissage qui est due aux contraintes maximales de traction ou de compression, le premier signe visible est une apparence brunie, un éclat lustré du métal et la disparition des marques d’usinage. L’incubation est assez courte, survenant même dans des contacts peu chargés, puis de petites piqûres se forment, alignées le long des aspérités initiales [89].  La fatigue profonde après un long temps de vieillissement se produit une émission brutale de particule dans la surface atteint quelques mm², la profondeur quelques dixième de mm, et dont la taille est sans rapport avec la structure du métal. L’usure s’étend par le bord des zones écaillées, découvrant progressivement les sous-couches dont l’aspect est poli. Les détériorations par écaillage concernent au premier chef les roulements et les engrenages. Elles dépendent de nombreux paramètres : vitesse de glissement, rugosités, nature et microstructure des matériaux, duretés, contrainte d’hertz, inclusions, lubrifiant et additifs. Parfois, les contraintes dues à la flexion ou à la torsion peuvent accélérer le processus [87]. La rupture des dents est due essentiellement à la fatigue car chaque amorçage de l’engrènement produit à la racine de la dent des contraintes de flexion alternatives à allure périodique (figure IV-12).