Cet article présente en détail l'engrenage du concasseur à cône, un composant essentiel de la transmission qui transfère la puissance du moteur à l'arbre excentrique, entraînant ainsi l'oscillation du cône en mouvement. Il joue un rôle essentiel dans la transmission de puissance, la régulation de la vitesse et l'amplification du couple, exigeant une résistance élevée à l'usure et une grande précision.
La composition et la structure de l'engrenage sont décrites, y compris le corps de l'engrenage (acier allié, plein ou creux), les dents (profil involuté avec des paramètres spécifiques), la connexion alésage/arbre, le moyeu/la bride, les rainures de lubrification et les nervures/nervures pour les grands engrenages.
Pour les grandes couronnes, le processus de moulage est détaillé : sélection du matériau (ZG42CrMo), réalisation du modèle, moulage, fusion, coulage, refroidissement et traitement thermique. L'usinage comprend l'ébauche, la taille des dents (taillage ou façonnage), le traitement thermique de durcissement (cémentation, trempe, revenu), la finition (rectification) et l'ébavurage.
Les mesures de contrôle qualité comprennent des essais de matériaux (analyse chimique, essais de traction et d'impact), des contrôles dimensionnels (CMM, centre de mesure d'engrenages), des essais de dureté et de microstructure, des essais de performance dynamique (essais de maillage et de charge) et des essais non destructifs (MPT, UT). Ces mesures garantissent que l'engrenage répond aux exigences de précision, de résistance et de durabilité, garantissant ainsi un fonctionnement fiable dans les situations de concassage intensif.
Introduction détaillée au composant d'engrenage du concasseur à cône
1. Fonction et rôle de l'engrenage du concasseur à cône
L'engrenage du concasseur à cône (souvent appelé pignon d'entraînement ou pignon de transmission) est un composant essentiel de la transmission. Il transfère la puissance du moteur à l'arbre excentrique du concasseur, entraînant ainsi le mouvement oscillant du cône en mouvement. Ses principales fonctions sont les suivantes :
Transmission de puissance: Conversion de l'énergie de rotation du moteur en mouvement mécanique via l'engrènement avec l'engrenage excentrique ou l'engrenage principal, permettant le cycle de concassage.
Régulation de la vitesse: Réglage de la vitesse de rotation de l'arbre excentrique (généralement 150 à 300 tr/min) pour correspondre au débit de conception du concasseur et à la dureté du matériau.
Amplification du couple: Augmentation du couple pour surmonter la résistance élevée rencontrée lors de l'écrasement du matériau, assurant un fonctionnement stable sous de lourdes charges.
Compte tenu de son rôle dans le fonctionnement continu à couple élevé, l'engrenage doit présenter une résistance élevée, une résistance à l'usure et une précision pour éviter une défaillance prématurée.
2. Composition et structure de l'engrenage du concasseur à cône
Les engrenages des concasseurs à cône sont généralement des engrenages cylindriques droits ou coniques, avec les composants clés et les caractéristiques structurelles suivants :
Corps d'engrenageStructure cylindrique ou conique en acier allié à haute résistance (par exemple, 40CrNiMoA ou 20CrMnTi), avec des dents extérieures usinées aux dimensions précises. Le corps peut être plein (pour les petits engrenages) ou creux (pour les grands engrenages) afin de réduire le poids tout en préservant la rigidité.
Dents: La pièce la plus critique, avec un profil en développante (angle de pression de 20°) pour assurer un engrènement régulier. Les paramètres des dents incluent le module (8–20), le nombre de dents (15–40) et la largeur de la face (100–300 mm), adaptés à la puissance du concasseur.
Connexion d'alésage ou d'arbreAlésage central (pour les pignons) ou rainure de clavette (pour les couronnes) reliant l'arbre du moteur ou l'ensemble excentrique. L'alésage est usiné avec précision pour assurer la concentricité avec les dents de l'engrenage et minimiser les vibrations.
Moyeu ou bride: Section renforcée à l'extrémité de l'engrenage, dotée de trous de boulon ou de cannelures pour fixer l'engrenage à l'arbre ou à l'accouplement. Le moyeu améliore la transmission du couple et empêche le déplacement axial.
Rainures de lubrification:Rainures circonférentielles ou axiales sur les flancs des dents et la surface d'alésage pour répartir le lubrifiant, réduisant ainsi le frottement et l'usure lors de l'engrènement.
Toiles ou côtes:Structures de renforcement internes dans les grands engrenages (diamètre >500 mm) pour réduire le poids et améliorer la dissipation de la chaleur sans compromettre l'intégrité structurelle.
3. Processus de moulage de l'engrenage (pour les grands engrenages à tête bombée)
Les grands engrenages (par exemple, les engrenages à tête cylindrique d'un diamètre de 800 mm) sont souvent fabriqués par moulage pour obtenir des formes complexes et une résistance structurelle élevée :
Sélection des matériaux:
L'acier moulé à haute résistance (ZG42CrMo) est préféré pour son excellente combinaison de résistance à la traction (≥ 785 MPa), de ténacité aux chocs (≥ 45 J/cm²) et de trempabilité.
Création de modèles:
Un modèle grandeur nature en mousse ou en bois est créé, reproduisant le diamètre extérieur, les dents, l'alésage et le moyeu de l'engrenage. Des marges de retrait (2 à 3 %) et des angles de dépouille (3°) sont ajoutés pour tenir compte de la contraction post-moulage.
Moulage:
Des moules en sable lié à la résine sont formés autour du modèle, avec un noyau en sable utilisé pour créer l'alésage central. La cavité du moule est recouverte d'un enduit réfractaire pour assurer une finition de surface lisse.
Fondre et couler:
L'acier allié est fondu dans un four à arc électrique à 1550–1600 °C, avec une composition chimique contrôlée à C (0,40–0,45 %), Cr (0,9–1,2 %) et Mo (0,15–0,25 %).
Le coulage est effectué à 1480–1520°C à l'aide d'une poche de coulée par le bas pour minimiser les turbulences et assurer un remplissage uniforme de la cavité du moule.
Refroidissement et secouage:
La pièce est refroidie dans le moule pendant 72 à 96 heures afin de réduire les contraintes thermiques, puis éliminée par vibration. Les résidus de sable sont nettoyés par grenaillage.
Traitement thermique:
La normalisation (860–900 °C, refroidi par air) affine la structure du grain, suivie d'un revenu (600–650 °C) pour obtenir une dureté de 220–250 HBW, améliorant ainsi l'usinabilité.
4. Processus d'usinage et de fabrication
Usinage grossier:
L'ébauche d'engrenage est montée sur un tour CNC pour usiner le diamètre extérieur, la face et l'alésage, laissant une surépaisseur de finition de 3 à 5 mm. Les rainures de clavette ou les cannelures sont ébauchées à l'aide d'une fraiseuse.
Coupe des dents:
Pour les engrenages droits : les dents sont taillées à l'aide d'une fraise-mère (avec une fraise-mère de module correspondant), obtenant un profil brut avec une surépaisseur de finition de 0,3 à 0,5 mm.
Pour les engrenages coniques : une machine à tailler les engrenages ou un générateur d'engrenages coniques CNC est utilisé pour couper le profil de la dent conique, garantissant un engrènement précis avec l'engrenage correspondant.
Traitement thermique pour le durcissement:
L'engrenage subit une cémentation (900–930 °C pendant 8 à 12 heures) pour former une couche superficielle dure (0,8–1,5 mm d'épaisseur), suivie d'une trempe (refroidissement à l'huile à 850–880 °C) et d'un revenu à basse température (180–200 °C). Il en résulte une dureté superficielle de 58–62 HRC (résistance à l'usure) et un noyau dur (30–35 HRC).
Usinage de finition:
Les dents sont rectifiées à l'aide d'une rectifieuse à engrenages pour atteindre une précision AGMA 6–8, avec des écarts de profil de dent ≤ 0,02 mm et une rugosité de surface Ra 0,8–1,6 μm.
L'alésage et les surfaces de montage sont rectifiés avec précision selon la tolérance IT6, garantissant la concentricité avec l'axe de l'engrenage (voile ≤ 0,03 mm).
Ébavurage et polissage:
Les bords des dents sont ébavurés à l'aide d'une brosse ou d'une meule abrasive pour éviter la concentration de contraintes et réduire le bruit lors de l'engrènement.
Les rainures de lubrification sont polies pour assurer un flux d'huile sans obstruction.
5. Processus de contrôle qualité
Essais de matériaux:
L'analyse de la composition chimique (par spectrométrie) vérifie la teneur en alliage (par exemple, 40CrNiMoA : C 0,37–0,44 %, Ni 1,25–1,65 %).
Les essais de traction sur coupons confirment la limite d'élasticité (≥ 835 MPa) et la résistance aux chocs (≥ 68 J/cm² à -20°C).
Contrôles de précision dimensionnelle:
Une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) inspecte les paramètres clés : erreur de pas des dents (≤ 0,02 mm), épaisseur des dents (± 0,015 mm) et concentricité de l'alésage.
Un centre de mesure des engrenages évalue le profil de l'involute, l'angle de l'hélice et l'espacement des dents, garantissant ainsi la conformité aux normes AGMA.
Essais de dureté et de microstructure:
La dureté de surface est mesurée à l'aide d'un testeur de dureté Rockwell (HRC 58–62 requis pour la surface de la dent).
L'analyse métallographique vérifie la profondeur et la microstructure de la couche carburée (absence de réseaux excessifs d'austénite ou de carbures retenus).
Tests de performance dynamiques:
Essai d'engrènement : L'engrenage est associé à son engrenage d'accouplement sur un banc d'essai pour mesurer le bruit (≤ 85 dB à vitesse nominale) et les vibrations (≤ 0,1 mm/s).
Essai de charge : un essai de couple nominal de 120 % est effectué pendant 2 heures pour vérifier la déformation ou la fissuration des dents.
Contrôles non destructifs (CND):
Le test par particules magnétiques (MPT) détecte les fissures de surface dans les zones des dents et des moyeux.
Les tests par ultrasons (UT) inspectent le corps de l'engrenage pour détecter les défauts internes (par exemple, les pores de retrait >φ3 mm sont rejetés).
En adhérant à ces processus, l'engrenage du concasseur à cône atteint la précision, la résistance et la durabilité requises, garantissant une transmission de puissance fiable et une longue durée de vie dans les applications de concassage exigeantes.
