Principe de fonctionnement et applications des pompes à engrenages internes

Principe d’engrènement : fonctionnement d’une pompe à engrenages internes

Une pompe à engrenages internes se compose d’un engrenage menant (engrenage à dents externes, placé à l’intérieur) et d’un engrenage mené (engrenage à dents internes, placé à l’extérieur) les deux engrenages tournent dans le même sens, leurs sommets de dents se scellant l’un contre l’autre en un point de contact afin de séparer le côté aspiration du côté refoulement.

Il existe deux architectures principales de pompes à engrenages internes. Le type à croissant utilise une plaque de séparation en forme de croissant entre les sommets des dents pour empêcher les fuites entre les sommets de l’engrenage menant et de l’engrenage mené. Le type sans croissant repose quant à lui sur le contact direct entre les parties sommet des dents des deux engrenages en un seul point afin de séparer les sections d’aspiration et de refoulement, une très faible jeu étant toutefois prévu en pratique pour éviter le blocage .

La conception sans croissant offre un avantage clé en matière d’efficacité : comme le volume entre les dents des engrenages menant et mené est plus important, la pompe peut atteindre un déplacement théorique plus élevé lorsque la largeur des dents, le diamètre extérieur de l’engrenage menant et le diamètre extérieur de l’engrenage mené sont identiques à ceux d’une pompe à croissant. Autre possibilité : pour un déplacement identique, le diamètre extérieur de l’engrenage mené peut être réduit, ce qui diminue le couple de frottement généré par le cisaillement de l’huile visqueuse sur les parties glissantes des engrenages et améliore ainsi le rendement mécanique — raison principale pour laquelle ce type de pompe est largement utilisé dans les boîtes de vitesses automatiques automobiles, y compris les CVT .

Calcul du déplacement pour débutants

Il existe deux approches fondamentales pour calculer le débit volumétrique d’une pompe à engrenages internes. La méthode géométrique calcule le volume de l’espace délimité par les dents des engrenages menant et mené. La méthode du couple théorique calcule d’abord le couple théorique de la pompe, puis en déduit le débit volumétrique à partir du principe selon lequel l’énergie hydraulique fournie à l’huile égale la puissance nécessaire pour entraîner l’arbre de la pompe (en négligeant les pertes d’énergie). .

Pour les débutants, le calcul pratique du débit est le suivant :

Q = Vd × N

où Q est le débit volumétrique, Vd est le volume déplacé par tour et N est la vitesse de rotation. .

La méthode théorique du déplacement a historiquement été difficile à appliquer avec précision, car elle exige l’intégration du volume entre les dents d’engrenage à chaque variation infinitésimale de l’angle de rotation — ce qui nécessite des dessins d’engrenages pour chaque position angulaire. Les outils de CAO ont rendu cette méthode plus pratique, mais le calcul théorique précis du couple demeure précieux, car il évite la complexité d’une intégration volumique pas à pas. .

En pratique, le déplacement d’une pompe à engrenages est proportionnel au carré du module de l’engrenage. À diamètre primitif constant, un module plus élevé produit un déplacement de pompe plus important. .

Limites de pression d’aspiration

Les performances d’aspiration influencent directement la capacité de la pompe à fonctionner de façon fiable sans cavitation. Pour les pompes à engrenages internes, les limites suivantes s’appliquent :

Limite générale pour les pompes à engrenages : la hauteur réelle d’aspiration ne doit pas dépasser 0,5 m.

Limite spécifique à la série NBL : la hauteur d’amorçage automatique ne doit pas dépasser 500 mm, ce qui correspond à une dépression d’aspiration maximale de 0,03 MPa (0,3 bar). En cas d’alimentation forcée, la pression d’alimentation ne doit pas dépasser 0,5 MPa ; sinon, un joint d’étanchéité résistant à la pression doit être utilisé .

Référence de la série PGH Rexroth : pression d’aspiration minimale (à vide) = 0,8 bar ; pression d’aspiration maximale (à vide) = 2 bar .

Le dépassement de ces limites risque de provoquer une cavitation, entraînant la précipitation de gaz, la vaporisation de l’huile, des bruits anormaux et une usure accélérée des surfaces internes .

Diagnostic typique des pannes

Aspiration insuffisante ou absente

Les causes courantes comprennent : le rotor intérieur ne tourne pas (vérifier le système d’entraînement, la vis sans fin, la roue creuse ou l’engrenage, les vis de fixation ou les goupilles de positionnement du rotor intérieur pour tout desserrage) ; le sens de rotation est incompatible avec celui du moteur d’entraînement, ce qui inverse les orifices d’admission et de refoulement ; une obstruction de la canalisation de refoulement ; une filtration à l’entrée obstruée par des impuretés ; une usure sévère des rotors intérieur et extérieur empêchant la formation de cavités étanches ; le bord terminal du tube d’admission en contact avec le fond du réservoir d’huile ; une entrée d’air au niveau de l’aspiration de la pompe ; ou un niveau d’huile trop bas. .

Fortes fluctuations de pression

Cela résulte souvent de : l’erreur d’excentricité excessive ou du jeu excessif entre le rotor extérieur et le corps de la pompe (l’erreur d’excentricité doit être comprise dans ±0,02 mm ; le jeu entre le rotor extérieur et le corps de la pompe doit être compris entre 0,04 et 0,06 mm) ; une précision insuffisante du profil des dents des rotors intérieur et extérieur (fréquent avec les rotors moulés en métallurgie des poudres) ; une excentricité radiale ou axiale excessive ; un jeu latéral excessif entre les dents (doit être inférieur ou égal à 0,07 mm) ; ou la présence d’air dans la pompe. .

La pression ne monte pas

Vérifier : l’entrée d’air au niveau de l’aspiration de la pompe ; une vitesse trop faible du rotor intérieur (vérifier la liaison de transmission de puissance entre l’arbre principal et le rotor intérieur pour détecter tout jeu ou glissement) ; un bouchon partiel à l’orifice d’aspiration ; ou un engrenage à vis sans fin / roue menée ou un engrenage mal ajusté provoquant des fluctuations de la vitesse du rotor intérieur .

Bruit excessif

Les causes possibles sont : un niveau d’huile trop bas entraînant une ingestion d’air, ou un bouchon partiel sur la grille filtrante réduisant l’aspiration ; une usure sévère des composants ; ou un déplacement du point d’engrènement dans la transmission de puissance de la pompe .

Fuite d’huile externe

Vérifier : les vis de fixation du corps de la pompe ou les raccords desserrés ; des joints endommagés ; un mauvais étanchéité au niveau de la bride de sortie ; ou un corps ou un couvercle de pompe déformé ou endommagé .

Remarques relatives à la sélection de la série NBL

La série NBL est une pompe à engrenages internes conjugués à dents droites, conçue pour offrir des performances fiables d’amorçage automatique. Principaux critères de sélection destinés aux débutants :

Débit et vitesse : Adapter la cylindrée de la pompe aux besoins de débit du système à la vitesse de fonctionnement prévue. Les pompes à engrenages internes fournissent généralement un débit régulier avec une faible pulsation, ce qui les rend adaptées aux applications exigeant une sortie stable.

Configuration d’aspiration : La série NBL nécessite une hauteur d’amorçage automatique ≤ 500 mm (vide à l’entrée ≤ 0,03 MPa). En cas d’alimentation forcée, la pression ne doit pas dépasser 0,5 MPa sans mise à niveau vers un joint d’étanchéité résistant à la pression. .

Fixation et arbre : Vérifier que le type de bride (norme SAE ou ISO) et la spécification de l’arbre (à clavette ou cannelé) correspondent à votre système. Des interfaces de fixation standard SAE et ISO sont disponibles sur les pompes à engrenages internes de la série QT et modèles similaires. .

Adaptabilité à l’application : Les pompes à engrenages internes offrent des avantages en matière de performances à haute vitesse, de faible niveau sonore et de faible pulsation de débit, mais présentent des profils de denture complexes et un coût de fabrication supérieur à celui des pompes à engrenages externes. elles sont privilégiées là où un fonctionnement régulier et un faible bruit sont requis.

Points clés à retenir pour les débutants

Les pompes à engrenages internes assurent un débit fluide et à faible pulsation en étanchéifiant les côtés d’aspiration et de refoulement au point de contact entre les sommets des dents de l’engrenage menant et de l’engrenage mené. Le déplacement est mieux calculé selon les principes théoriques du couple pour garantir une précision, le débit pratique étant donné par la formule Q = Vd × N. Les limites d’aspiration sont strictes : hauteur d’amorçage autonome typique de 0,5 m et vide d’admission maximal de 0,03 MPa pour les pompes de la série NBL. La plupart des pannes sur site résultent de l’entrée d’air, d’un sens de rotation incorrect, de tamis d’admission contaminés ou d’une usure excessive des jeux entre rotors. Lors du choix de pompes des séries QT ou NBL, vérifiez soigneusement le déplacement, la pression nominale, la plage de vitesses, la configuration d’aspiration et l’interface de montage par rapport aux exigences de votre système.