Différentes propriétés physiques des profils de dents de courroie de distribution

Dents trapézoïdales :

Effet significatif de concentration des contraintes : la charge se concentre aux angles vifs de part et d'autre de la racine de la dent, formant des zones localisées de fortes contraintes.

Points d'amorçage des fissures : sous charges alternées, des fissures de fatigue se forment facilement à ces angles et se propagent rapidement, entraînant la rupture des dents.

Faible utilisation des matériaux : une quantité importante de matériau dentaire ne participe pas à la charge utile, constituant un « poids mort ».

Dents arquées/Dents paraboliques (HTD, GT) :

Répartition homogène des contraintes : Le profil lisse et continu permet une répartition fluide et « profilée » de la charge le long du contour de la dent, sans changements brusques.

Résistance radiculaire exceptionnellement élevée : la racine arquée fonctionne comme un pont en arc, convertissant les forces radiales en contraintes de compression à l’intérieur du corps de la dent, ce qui améliore considérablement la limite de fatigue en flexion.

Utilisation optimale des matériaux : le profil de la dent s’aligne plus étroitement avec la trajectoire de la contrainte principale, permettant une charge de matériau plus efficace. Principe physique : transition des singularités de contrainte causées par une discontinuité géométrique à un état de distribution de contrainte uniforme grâce à la continuité géométrique.
2. Dynamique d'engrènement et vibrations d'impact

Dents trapézoïdales :

Engrenage « coin/compression » : La collision se produit au moment du contact entre la dent et la rainure, impliquant des changements de vitesse brusques.

Interférence multidentaire : En théorie, il s’agit d’un engagement multidentaire, mais en raison des erreurs de profil des dents et de la déformation élastique, le nombre effectif réel de dents engagées est faible, ce qui entraîne une répartition inégale de la charge.

Sources d'excitation abondantes : chaque entrée et sortie constitue un impact, servant de source d'excitation vibratoire à large bande.

Dents arquées/paraboliques :

Engrenage « engagement-désengagement en douceur » : les points de contact se déplacent en douceur le long du profil de la dent avec des changements de vitesse continus, réduisant considérablement l’accélération d’impact.

Optimisation de l'engrènement conjugué : des exemples comme les profils de dents GT permettent d'obtenir des trajectoires d'engrènement plus proches des courbes conjuguées théoriques, assurant ainsi une transmission de puissance fluide.

Spectre de vibrations plus propre : l'énergie vibratoire primaire se concentre sur la fréquence d'engrènement fondamentale, facilitant ainsi l'évitement de la résonance grâce à une conception optimisée.

Principe physique : La transition d'une dynamique de contact discontinue à un contact de roulement continu quasi-conjugué réduit l'excitation harmonique d'ordre élevé.

3. Mécanismes de contact et mécanismes d'usure

Dents trapézoïdales :

Usure par pression spécifique élevée : une petite surface de contact et une contrainte de contact localisée élevée entraînent une usure adhésive et abrasive importante.

Schémas d'usure : Des rainures se forment souvent au milieu de la surface de la dent, avec des fissures apparaissant aux angles de la racine.

Détérioration du jeu : le jeu au niveau des flancs des dents augmente rapidement après l'usure, entraînant une forte baisse de la précision de la transmission.

Dents arquées :

Faible pression spécifique, grande surface de contact : les surfaces de contact incurvées augmentent la surface de contact effective et réduisent les contraintes de contact superficielles.

Répartition uniforme de l'usure : l'usure se répartit plus uniformément sur toute la surface de la dent, ce qui assure une meilleure précision de transmission tout au long de sa durée de vie.

Propriétés autonettoyantes : Les profils lisses des dents empêchent l'insertion de corps étrangers.

Principe physique : En optimisant la distribution des contraintes de contact hertziennes, l'usure passe d'une usure localisée à une usure uniforme.
4. Performances acoustiques des courroies synchrones (mécanismes de génération de bruit)

Dents trapézoïdales :

Effet de pompage d'air : La fermeture rapide des cavités dentaires lors de l'engrènement comprime l'air, générant un bruit de jet.

Bruit de rayonnement structurel : les impacts d’engrènement excitent des vibrations de flexion dans la courroie et les poulies, rayonnant un bruit de fréquence moyenne à basse.

Niveau de pression acoustique typique : Généralement de 3 à 8 dB(A) supérieur à celui des dents en arc dans des conditions de fonctionnement identiques.

Dents arquées/paraboliques :

Conception pour guider le flux d'air : la forme des rainures en dents facilite un flux d'air plus régulier, réduisant les turbulences et les effets de pompage.

Réduction des sources de bruit d'impact : un maillage lisse diminue considérablement l'énergie provenant des sources d'excitation primaires.

Réduction des composantes haute fréquence : un contact plus lisse réduit considérablement les sifflements haute fréquence causés par des impacts microscopiques.

Principe physique : Supprime le bruit à la source en réduisant l'énergie d'impact lors de l'engrènement et en améliorant les caractéristiques aérodynamiques.

5. Caractéristiques de précision et de rigidité de la transmission

Dents trapézoïdales :

Jeu latéral important : le dégagement latéral est essentiel et augmente rapidement avec l’usure, ce qui entraîne une mauvaise précision de positionnement.

Rigidité torsionnelle non linéaire : une plage élastique de « jeu libre » notable existe sous des charges légères.

Sensibilité thermique : Les variations de hauteur dues aux changements de température ont un impact significatif sur la précision de la transmission.

Dents arquées de précision (AT, GT) :

Faible sensibilité à la précharge : une variation minimale du jeu dans des plages de précharge raisonnables permet une transmission avec un jeu quasi nul.

Rigidité torsionnelle élevée : les profils de dents optimisés assurent un engagement plus précis dans la gorge de la roue, améliorant ainsi la résistance à la déformation élastique.

Erreur de synchronisme minimale : une répartition uniforme de la charge sur la zone d’engagement multidentée réduit l’impact des erreurs de pas cumulées dans la courroie.

Principe physique : Améliore la rigidité dynamique du système de transmission grâce à une conception à ajustement serré et à une adaptation de la rigidité.
II. Comparaison quantitative des principaux paramètres de performance des courroies de distribution