Outre les logiciels habituels actuellement utilisés en conception mécanique pour les pièces plastiques telles que les systèmes CAO, les outils de calcul par éléments finis (FEA) et autres analyses rhéologiques, notre bureau d’études a ressenti le besoin de développer courant des années 90, son propre logiciel expert destiné à définir et à optimiser les engrenages et les systèmes de transmission à engrenages suivant les exigences des clients telles que le couple à transmettre, l’encombrement, les conditions environnementales, la réduction de bruit , etc...
Ce logiciel prend en compte les propriétés physiques des différentes matières plastiques pouvant être choisies.
Nous utilisons notre logiciel pour définir et optimiser les données relatives aux engrenages en fonction des propriétés physiques des matériaux plastiques.
Par exemple, nous définissons pour chaque engrenage : l’angle de pression, l’angle d’hélice, le coefficient de déport, les diamètres de tête et de pied, l’entraxe de fonctionnement, les rayons de tête et de pied, … etc.
La structure des engrenages peut avoir un impact significatif sur leur précision. Par exemple, un trou sur le bord de l'engrenage aura pour conséquence une ligne de recollement de flux matière qui présentera immanquablement une stabilité dimensionnelle inférieure à celle du reste de l'engrenage (hors lignes de recollement).
En outre, les nervures de renfort peuvent avoir des effets comparables sur la dégradation du niveau de précision des engrenages.
Enfin, le dimensionnel n’est pas le seul critère affecté par le design de la structure de l’engrenage: la résistance mécanique, le bruit et le coût peuvent également être fortement impactés.
Nous savons comment optimiser la structure des engrenages en plastique afin de limiter au mieux son influence néfaste sur les critères susmentionnés au premier rang desquels se trouve la précision dimensionnelle.
Notre expérience et l'amélioration continue dans le domaine des engrenages en polymère nous ont permis d'enrichir notre base de données de manière à pouvoir estimer au mieux, dès le début de nos développements, les tolérances réalistes qui peuvent s'appliquer à l'ensemble de l'actionneur à concevoir (engrenages, paliers, entraxes, …)
Ces tolérances réalisables dépendent des matériaux dans lesquels seront réalisés les engrenages, les carters et les paliers, mais également du type d’engrenage, de sa structure de jante, de son module et du système d’injection retenu.
L'un des secrets de la robustesse fonctionnelle de nos trains d'engrenages consiste à prendre en compte des tolérances réalistes lors de la définition des engrenages eux-mêmes. Nous pouvons en effet optimiser certains critères tels que le coefficient de déport, l’angle de pression ou l’angle d’hélice pour compenser, par exemple, un trop faible rapport de conduite ou une trop grande tolérance d’entraxe.
Pour obtenir un design d’actionneur robuste, nous analysons également la manière dont les roues et pignons s’engrènent entre eux dans les conditions limites de tolérances dimensionnelles, de température et d’humidité.
Avec les matériaux plastiques, les variations de dimensions dues à la température et à l'humidité peuvent être très importantes. C’est la raison pour laquelle il est indispensable de vérifier le bon fonctionnement des trains d’engrenages aux limites dimensionnelles et environnementales spécifiées.
Pour ce faire, nous avons développé un modèle de calcul dédié, appelé GBA © : Gears at Boundaries Analysis ©
Les critères qui sont analysés avec soin aux conditions limites pour chaque paire d'engrenages sont entre autres :
- Le rapport de conduite total
- Le jeu en flancs de dents
- Le jeu entre diamètres de tête et de pied
- Le coefficient de glissement spécifique
- Les Interférences théoriques de fonctionnement
- …
Lors de la conception des engrenages il y a, entre autres, deux critères importants auxquels nous devons être attentifs:
- Le niveau de contrainte en pied de dents afin d'éviter tout problème de casse
- La pression Hertzienne en flancs de dents pouvant entraîner des risques de matage et/ou d'usure de surface si elle était trop importante.
Nous évaluons ces deux critères – la contrainte en pied de dents et la pression superficielle – soit par méthode analytique, soit par analyse FEA (analyse par éléments finis).
La résistance mécanique des plastiques varie de manière significative en fonction de la plage de température.
Par ailleurs, les matériaux plastiques sont également très sensibles au nombre de cycles à la flexion (phénomène de fatigue)
Par conséquent, pour parvenir à une définition robuste, nous devons prendre en compte ces propriétés particulières des plastiques dans les calculs de conception des trains d’engrenages.
ITWSmpi est parfaitement rompu à ce type de calculs et dispose de la base de données matières nécessaire.
Souvent, le couple n'est pas constant pendant la durée de vie des actionneurs.
Lorsque notre client est en mesure de nous fournir le spectre des charges en fonction du nombre de cycles et de la température nous pouvons aussi calculer un stress par accumulation de fatigue.
Nous intégrons alors ces données dans notre modèle de calcul d’Analyse par Endommagements Cumulés (CDA ©) afin d’obtenir une évaluation plus précise du coefficient de sécurité de fonctionnement.
Données d’entrée :
- Spectre des charges Vs nb. de cycles & température
Données de sortie :
- Stress par accumulation de fatigue
- Coefficient de sécurité de fonctionnement
