Engrenage à vis sans fin Bruit et vibrations — Ce que le son révèle et comment le corriger

L'augmentation progressive du bruit dans un réducteur à vis sans fin sur plusieurs mois indique presque toujours l'un des trois phénomènes suivants : (1) Usure abrasive : les particules accumulées lors du rodage initial n'ont pas été éliminées lors de la vidange d'huile (souvent négligée) effectuée toutes les 50 à 100 heures et ont progressivement abrasé les flancs des dents, augmentant ainsi le défaut de profil et le bruit d'engrènement. (2) Dégradation de la lubrification : l'huile d'origine a accumulé des particules métalliques et des produits d'oxydation qui augmentent le frottement et le bruit d'engrènement. (3) Usure des roulements : les roulements à billes de l'arbre de la vis sans fin ou de l'arbre de la roue présentent un écaillage par fatigue. Pour les différencier : si l'augmentation du bruit est régulière et progressive, proportionnelle à la charge et à la vitesse, il s'agit probablement du phénomène (1) ou (2). Si le bruit est devenu un cliquetis ou un cognement périodique, il s'agit probablement du phénomène (3). Commencez par vidanger et remplacer l'huile. Si le bruit ne diminue pas après la vidange et deux heures de fonctionnement, procédez à l'inspection des roulements.

Oui, avec les précautions d'usage. Les smartphones modernes intègrent des accéléromètres et des microphones MEMS capables de détecter les fréquences comprises entre 20 et 2 000 Hz, couvrant ainsi toutes les fréquences d'engrènement des transmissions industrielles classiques. Des applications gratuites d'analyse des vibrations et de transformée de Fourier rapide (FFT) sont disponibles pour iOS et Android. Cette mesure est particulièrement utile pour identifier les fréquences périodiques : un pic marqué dans le spectre FFT à une fréquence connue (fréquence d'engrènement calculée, fréquence de défaut des roulements ou fréquence de rotation de l'arbre) constitue un indicateur fiable, même avec la qualité de mesure d'un smartphone. Ses limitations : la mesure d'amplitude absolue est peu fiable (le positionnement et le couplage du smartphone influent sur la mesure) ; les très basses fréquences (inférieures à 20 Hz) ne sont pas capturées ; et la mesure nécessite que le smartphone soit en contact avec le boîtier ou la structure de montage, et non maintenu en l'air.

Le bruit proportionnel à la charge dans un engrenage à vis sans fin a deux causes principales. La première est simplement qu'une charge plus élevée engendre une force de contact plus importante, générant ainsi un bruit acoustique d'amplitude plus élevée à la fréquence d'engrènement. Ce comportement est normal et ne présente pas de problème, sauf si le niveau sonore absolu est inacceptable. La seconde cause, qui indique un problème de spécification : une surface de contact inadéquate (couverture de la face inférieure à celle de la dent 70%) concentre la charge d'engrènement sur une petite zone de la dent. Sous faible charge, la force de contact est suffisamment faible pour que même cette petite zone de contact génère un bruit acceptable. Sous pleine charge, cette même petite zone de contact est fortement sollicitée, produisant des pics de force de forte amplitude à chaque engrènement, qui se propagent sous forme de bruit proportionnel à la charge à la fréquence d'engrènement. Pour distinguer le bruit normal proportionnel à la charge du bruit dû à une surface de contact inadéquate, comparez le taux d'augmentation du bruit : si doubler la charge double l'amplitude du bruit (augmentation de 6 dB), il s'agit d'une relation force-amplitude normale. Si le bruit augmente de façon plus que proportionnelle à la charge, une surface de contact inadéquate est la cause probable.

Un niveau sonore de 60 dB(A) à 1 mètre du carter d'engrenage est atteignable pour un réducteur à vis sans fin à charge et vitesse faibles à modérées. Cette atteignabilité dépend principalement de trois paramètres : (1) la taille du module — un module plus petit produit une fréquence d'engrènement plus basse et un niveau sonore plus faible à rapport de charge égal ; (2) la classe de précision — un engrenage rectifié DIN 7 avec un profil de contact documenté ≥ 70% est généralement de 8 à 14 dB(A) plus silencieux qu'un engrenage DIN 9 à charge égale ; (3) le carter fermé — un carter à bain d'huile, sans transmission acoustique vers la structure de la machine, offre une isolation acoustique supplémentaire de 6 à 10 dB(A) par rapport à un engrenage exposé. Pour les environnements acoustiques très sensibles (cabinets médicaux, salles de concert, studios d'enregistrement), il est recommandé d'utiliser un engrenage DIN 6 ou DIN 7 avec une roue en nylon PA66 si le couple le permet, un lubrifiant PAO, des supports antivibratoires élastiques et un revêtement intérieur en mousse acoustique.

Le bruit aérien correspond aux ondes de pression acoustique se propageant directement du carter d'engrenage à l'auditeur, à travers l'air. Le bruit structurel, quant à lui, est l'énergie vibratoire qui se propage à travers la structure de la machine (boulons de fixation, éléments du châssis, panneaux) et se propage sous forme d'énergie acoustique depuis une surface plus étendue, plus éloignée de l'engrenage. Cette distinction est importante car les solutions diffèrent. Le bruit aérien est réduit par des enceintes acoustiques autour de l'engrenage ou par la réduction de la source de bruit de l'engrenage lui-même. Le bruit structurel est réduit en interrompant la transmission des vibrations entre le carter d'engrenage et la structure rayonnante, par exemple à l'aide de supports antivibratoires élastiques, d'accouplements flexibles ou de coussinets d'amortissement acoustique. En pratique, la plupart des plaintes concernant le bruit des engrenages à vis sans fin dans les machines industrielles sont principalement dues au bruit structurel : le carter d'engrenage est fixé au châssis de la machine par des boulons rigides, et l'ensemble du panneau de la machine devient un radiateur de grande surface à la fréquence d'engrènement.

Un bruit prédominant à une seule vitesse de fonctionnement spécifique est caractéristique de la résonance structurelle. À cette vitesse, la fréquence d'engrènement (f_mesh = n_worm x z1 / 60) coïncide avec la fréquence propre du carter, de la structure de montage ou du panneau de la machine. À cette fréquence, la structure amplifie les vibrations dues à la force d'engrènement et les propage bruyamment. Solutions par ordre de facilité de mise en œuvre : (1) Modifier légèrement la vitesse de fonctionnement (même 3-5%) pour désaccorder la fréquence d'engrènement par rapport à la résonance structurelle ; si un variateur de vitesse est utilisé, cela nécessite une modification des paramètres du contrôleur ; (2) Ajouter de la masse ou un raidisseur à la structure résonnante pour décaler sa fréquence propre par rapport à la fréquence d'engrènement ; (3) Ajouter un amortissement (matériau amortissant à couche contrainte) au panneau résonnant pour réduire sa réponse à la résonance ; (4) Changer le rapport de transmission pour obtenir une fréquence d'engrènement différente à la même vitesse de fonctionnement.

Oui, et ce n'est généralement pas le signe d'un problème. L'huile minérale pour engrenages froids a une viscosité bien supérieure à celle à température de fonctionnement : l'huile minérale ISO VG 460 à 5 °C peut être 6 à 8 fois plus visqueuse qu'à 40 °C. Cette huile froide à haute viscosité crée une résistance accrue lorsque la vis sans fin y circule, produisant un bruit de roulement à basse fréquence. À mesure que le carter se réchauffe et que la viscosité de l'huile revient à sa plage de fonctionnement nominale, le niveau sonore diminue. Si le bruit au démarrage est un roulement ou un gargouillement et disparaît en 10 à 20 minutes de fonctionnement, il s'agit d'un comportement normal au démarrage à froid. Si le bruit au démarrage est un cliquetis ou un grincement métallique qui ne disparaît pas avec le réchauffement, il s'agit d'un autre problème : arrêtez le moteur et recherchez la cause. Pour éliminer le bruit au démarrage à froid : remplacez l'huile minérale par une huile synthétique PAO, qui possède un indice de viscosité bien plus élevé (IV > 150) et conserve une viscosité plus constante sur toute la plage de températures, du démarrage à la température de fonctionnement.

Korea Ever-Power ne fournit pas de données d'essais acoustiques pour les engrenages pris individuellement. Le niveau sonore dépend de la machine complète (carter, structure de montage, accouplement et conditions de fonctionnement) et non de l'engrenage seul. Conformément à la directive européenne Machines (document relatif aux émissions sonores exigé par l'annexe I, section 1.7.4), la responsabilité incombe au constructeur de la machine, et non au fournisseur de l'engrenage. Korea Ever-Power peut appuyer l'évaluation des émissions sonores du constructeur en fournissant : la classe de précision de l'engrenage (numéro de classe DIN) et le pourcentage de couverture de la zone de contact (deux éléments essentiels pour estimer la contribution au bruit d'engrènement) ; la spécification du lubrifiant recommandé (pour estimer la contribution au bruit de lubrification) ; et, le cas échéant, les données d'essais acoustiques spécifiques à l'application issues d'installations précédentes d'engrenages de même spécification, disponibles dans nos dossiers d'ingénierie d'application. Veuillez demander ces informations lors de votre commande afin qu'elles soient intégrées au dossier technique de la machine.