1. Introduction
Sur l'un des sites d'industrie lourde en Ukraine, lors d'une maintenance technique planifiée du réducteur de la ligne de production, un bruit à haute fréquence inhabituel et une augmentation de la vibration ont été enregistrés. L'inspection des surfaces internes à l'aide d'un endoscope a révélé un dommage localisé des surfaces de travail des dents de la roue et de la roue dentée. La principale cause de l'arrêt de l'équipement a été un pitting (corrosion ponctuelle) progressif, suivi d'un micro-écaillage (spalling). La durée moyenne entre deux pannes (MTBF) pour ce composant devait être de 45 000 heures, mais un état d'urgence s'est produit après seulement 14 200 heures d'utilisation. Cela a exigé une enquête technique approfondie pour identifier les causes premières conformément aux exigences du standard ISO 10816 et aux méthodes d'analyse des pannes.
2. Aperçu du composant
Le composant étudié est un réducteur à haute précision à engrenages, dans lequel l'élément clé de transmission du couple est le composant portant le numéro d'article FIBRO 2480.022.10000. Ce composant fonctionne dans des conditions de charges cycliques élevées, assurant la transmission de puissance au sein de la chaîne cinématique d'une machine-outil ou d'un complexe de traitement.
- Moment de torsion nominal : jusqu'à 2400 Nm
- Température de fonctionnement du lubrifiant : 65 °C – 85 °C (limite 95 °C)
- Matériau de la roue dentée : Acier allié cémenté 18ХГТ (ou équivalent 18CrNiMo7-6 conformément à EN 10084), dureté de surface 58-62 HRC, épaisseur de la couche cémentée 1,2-1,6 mm.
- Vitesse de rotation : 1500 tr/min (arbre d'entrée)
Le composant est situé à l'intérieur d'un boîtier en fonte étanche avec système de lubrification par carter. Le milieu de travail prévoit l'utilisation d'huile synthétique de réducteur de classe ISO VG 220 à base de polyalphaoléfines (PAO) avec des additifs anti-usure (EP).
3. Preuves de défaillance
L'observation visuelle montre une image classique de dégradation de la surface. Sur les zones de la ligne de pôle et en dessous de la racine du dents, on observe de nombreuses petites cavités (pitting) de diamètre allant de 0,5 à 2,0 mm et de profondeur jusqu'à 0,8 mm. Sur la face chargée des dents du composant FIBRO 2480.022.10000, on a détecté la fusion de ces cavités en zones continues de débris (spalling).
| Paramètre de mesure | Valeurs normatives (ISO / DIN) | Valeur réelle sur l'objet |
|---|---|---|
| Vibrations (SKZ vitesse) | < 2,8 mm/s (ISO 10816-3) | 7.4 mm/s (fréquences dominantes de liaison) |
| Classe de pureté du lubrifiant | ISO 4406: 16/14/11 | ISO 4406: 20/18/15 (pollution élevée par des particules solides) |
| Viscosité de l'huile à 40 °C | 220 mm²/s ± 10% | 185 mm²/s (dégradation du lubrifiant et glissement) |
| Plye de contact par dent | > 70 % sur la longueur et la hauteur | < 35 % (contact latéral d'un côté) |
4. Étude des causes premières
Pour déterminer la chaîne d'événements ayant conduit à la défaillance prématurée de FIBRO 2480.022.10000, la méthode « 5 Pourquoi » (5 Whys) a été appliquée en combinant avec le diagramme d'Ishikawa, se concentrant sur quatre facteurs principaux : huile, géométrie/alignement, matériaux et environnement d'exploitation.
- Pourquoi l'érosion et l'usure se produisent-elles ? En raison de la surcharge des contraintes de contact sur la surface du dento-deux sur la limite de résistance au contact du matériau.
- Pourquoi les contraintes de contact excessives apparaissent-elles ? En raison d'une répartition inégale du chargement le long de la longueur du diente (contact de bord).
- Pourquoi le chargement s'est-il réparti de manière inégale ? En raison de la non-coplanarité angulaire des arbres (décalage d'axe) dans la plage de 0,15 mm sur une longueur de 100 mm.
- Pourquoi y a-t-il un décalage des arbres ? En raison des déformations thermiques du fondation et d'une précision insuffisante du centrage lors de l'assemblage après le précédent entretien.
- Quel rôle a joué le lubrifiant ? La viscosité du fluide de travail est tombée en dessous du minimum critique en raison d'un surchauffage local, ce qui a rendu impossible la création d'une couche de lubrifiant de minceur minimale ($h_{min} > \sigma_1 + \sigma_2$), nécessaire selon les normes ISO 281 et AGMA 9005-E02.
5. Causes premières identifiées
En vertu des résultats d'une analyse complexe, trois causes clés ont été identifiées avec une probabilité différente de contribution à l'incident :
- Déviation angulaire et contact de bord (Probabilité : 50 %) : Confirmé par la méthode de peinture et l'analyse des taches de contact. Le chargement s'est concentré sur le bord du dent, où les contraintes dépassaient les valeurs calculées de 2,3 fois.
- Dégénération et contamination de l'huile (Probabilité : 30 %) : L'analyse des échantillons d'huile a montré la présence de produits de l'usure (poussières de fer et de fonte) et une diminution de l'épaisseur de la couche hydrodynamique ($EHD$), provoquant un contact métallique des rugosités.
- Défaut de paramètres d'assemblage (Probabilité : 20%): Déviation par rapport aux tolérances de perpendicularité des surfaces de montage des paliers lors de l'assemblage du module.
6. Actions correctives
Pour éliminer les défauts détectés et prévenir les récidives d'incidents, un ensemble de mesures d'urgence et à long terme a été développé :
Attention : L'exploitation d'équipement à vibration supérieure à 7,0 mm/s est interdite conformément aux règles de sécurité industrielle ukrainiennes (NPAOP 0.00-1.81-18). Une remplacement immédiat du composant endommagé est nécessaire.
- Réparation urgente : Démontage de la réduction, nettoyage complet du boîtier, remplacement de l'élément à dentures endommagé par un composant original du catalogue UNITEC-D en respectant les tolérances conformément à DIN 3962 (degré de précision au moins égal à 6).
- Alignement et réglage : Alignement laser des arbres en respectant la tolérance de parallélisme des axes $\le 0.02$ mm et la déviation angulaire $\le 0.05$ mm/m.
- Optimisation du graissage : Passage à un huile synthétique de qualité supérieure ISO VG 220 avec un paquet d'additifs EP amélioré et installation d'un système de filtration d'air à deux étages de siphon (classe de pureté non inférieure à ISO 4406 17/15/12).
7. Carte de diagnostic rapide pour les spécialistes techniques
Cette table d'éléments à vérifier a été développée pour les ingénieurs du terrain et peut être utilisée directement sur place avec une tablette :
- Inspection visuelle du carter : Vérifier la présence de débris, évaluer le niveau et la couleur de l'huile via la fenêtre d'observation.
- Mesure de vibration : Prendre les mesures sur les appuis des roulements dans trois directions mutuellement perpendiculaires ($V_{RMS}$).
- Thermométrie : Mesurer la température du boîtier dans la zone de contact avec un pyromètre (norme jusqu'à 85 °C).
- Analyse du spectre de fréquence : Rechercher les harmoniques de fréquence de la fréquence de啮合 des dents ($GMF$) ainsi que les bandes latérales de fréquence de rotation.
- Prélèvement d'huile : Prélèver un échantillon à la position la plus basse du drainage pour analyse laboratoire en vue de détecter des particules ferromagnétiques ($Fe$ > 100 ppm — alarme).
- Vérification du siphon : Nettoyer ou remplacer le filtre à air siphon en cas d'accumulation de poussière.
- Contrôle du serrage des boulons : Vérifier les moments de serrage des boulons de fixation du réducteur sur le châssis conformément au passeport technique.
- Endoscopie de saisie : Examiner au moins 4 dents sur le pourtour en présence de microfissures, de pitting ou de rayures.
8. Stratégie de prévention
Pour assurer le fonctionnement sans interruption des équipements industriels sur les entreprises ukrainiennes, il est nécessaire d'implémenter la stratégie suivante d'entretien technique :
- Surveillance de l'état (PdM) : Installation de capteurs fixes de vibration et contrôle continu d'analyse spectrale des impulsions de choc ($ shock\ pulses $).
- Régime de graissage : Analyse laboratoire du graissage toutes les 2000 heures de fonctionnement ou une fois par 6 mois. Remplacement complet de l'huile synthétique toutes les 8000–10000 heures.
- Audit de centrage : Contrôle planifié de l'alignement du moteur tous les 12 mois après la fin du cycle des variations saisonnières de température dans l'atelier.
9. Conclusion
Un dysfonctionnement prématuré des engrenages en raison de pitting et de lésions par écaillage est toujours le résultat d'un impact combiné des écarts mécaniques (décalage axial) et de la détérioration des conditions de lubrification. Le respect strict des réglementations d'installation, le contrôle régulier des vibrations et l'utilisation de pièces de rechange certifiées permettent d'éviter les arrêts d'urgence et d'atteindre la durée de vie projetée du matériel. Le choix de composants de qualité pour remplacement est disponible dans UNITEC-D E-Catalog.
10. Références
- ISO 10816-3: Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations de la machine par mesure sur les parties non tournantes.
- ISO 281: Paliers à roulement — Charges dynamiques de base et durée de vie.
- DIN 3962 : Tolérances pour les dents des engrenages cylindriques.
- AGMA 9005-E02 : Lubrification des engrenages industriels.
- EN 10084: Aciers à trempe — Conditions techniques de livraison.
