Contribution à l'optimisation de la conception des engrenages coniques à denture droite PDF Download
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Book Description
La maîtrise accrue des matériaux et des procédés de forgeage permet aujourd'hui d'obtenir des engrenages coniques d'une qualité suffisante pour pouvoir les utiliser sans autre procédé de finition. Ce sont les pièces dites «net shape». Grâce à cette évolution technologique, il est nécessaire de d'optimiser la définition géométrique de ces engrenages en tenant compte des possibilités des procédés de forgeage, en particulier. Tout d'abord, la définition de la géométrie nominale des engrenages coniques à denture droite basée sur les propriétés géométriques et cinématiques du profil en développante de cercle sphérique est réétudiée et a abouti à une modélisation paramétrique des surfaces actives en intégrant un bombé longitudinal. Afin de garantir un certain niveau de qualité de l'engrènement, il est nécessaire de limiter les variations inhérentes au procédé de forgeage et aux ressources de fabrication, il s'agit de l'analyse et de la synthèse des tolérances. Cette analyse a nécessité une modélisation géométrique des engrenages incluant les écarts intrinsèques et les écarts de situation. L'analyse de l'impact de ces écarts sur l'erreur cinématique (Tooth Contact Analysis) repose sur la résolution d'un système d'équations non linéaires pour chaque position du pignon et d'un traitement de ces résultats; la difficulté de cette analyse est la grande sensibilité des résultats aux écarts. Cet outil «TCA» est le module principal de l'analyse des tolérances qui est réalisée de façon statistique par simulation de Monte Carlo. L'analyse des tolérances permet de valider une solution d'allocation de celles-ci mais ne permet pas son allocation automatique. Ainsi une approche de synthèse des tolérances a été validée, il s'agit de l'optimisation par algorithme génétique où la fonction objectif est de minimiser le ratio coût des tolérances sur la probabilité de respect des exigences. Cette analyse et cette synthèse ont été menées dans un premier temps sans charge, en considérant l'engrenage comme indéformable. Puis, la prise en compte des déformations est réalisée par la méthode des coefficients d'influences. Le problème de contact et de déformation globale de la denture sont découplés. Les coefficients d'influences de contact sont estimés par la méthode de Boussinesq et Cerruti. Les coefficients d'influence de flexion sont estimés par interpolation et méthode des éléments finis. Ce modèle permet l'analyse de l'engrènement sous charge mais les temps de calculs restent un handicap pour l'analyse des tolérances. Ces modèles de comportement pourront être affinés dans de futurs travaux et être le support de nouveaux modèles de spécification des engrenages, de suivi du processus de fabrication, d'une meilleure connaissance des interactions géométrie-mécanique-matériau, etc.
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La maîtrise accrue des matériaux et des procédés de forgeage permet aujourd'hui d'obtenir des engrenages coniques d'une qualité suffisante pour pouvoir les utiliser sans autre procédé de finition. Ce sont les pièces dites «net shape». Grâce à cette évolution technologique, il est nécessaire de d'optimiser la définition géométrique de ces engrenages en tenant compte des possibilités des procédés de forgeage, en particulier. Tout d'abord, la définition de la géométrie nominale des engrenages coniques à denture droite basée sur les propriétés géométriques et cinématiques du profil en développante de cercle sphérique est réétudiée et a abouti à une modélisation paramétrique des surfaces actives en intégrant un bombé longitudinal. Afin de garantir un certain niveau de qualité de l'engrènement, il est nécessaire de limiter les variations inhérentes au procédé de forgeage et aux ressources de fabrication, il s'agit de l'analyse et de la synthèse des tolérances. Cette analyse a nécessité une modélisation géométrique des engrenages incluant les écarts intrinsèques et les écarts de situation. L'analyse de l'impact de ces écarts sur l'erreur cinématique (Tooth Contact Analysis) repose sur la résolution d'un système d'équations non linéaires pour chaque position du pignon et d'un traitement de ces résultats; la difficulté de cette analyse est la grande sensibilité des résultats aux écarts. Cet outil «TCA» est le module principal de l'analyse des tolérances qui est réalisée de façon statistique par simulation de Monte Carlo. L'analyse des tolérances permet de valider une solution d'allocation de celles-ci mais ne permet pas son allocation automatique. Ainsi une approche de synthèse des tolérances a été validée, il s'agit de l'optimisation par algorithme génétique où la fonction objectif est de minimiser le ratio coût des tolérances sur la probabilité de respect des exigences. Cette analyse et cette synthèse ont été menées dans un premier temps sans charge, en considérant l'engrenage comme indéformable. Puis, la prise en compte des déformations est réalisée par la méthode des coefficients d'influences. Le problème de contact et de déformation globale de la denture sont découplés. Les coefficients d'influences de contact sont estimés par la méthode de Boussinesq et Cerruti. Les coefficients d'influence de flexion sont estimés par interpolation et méthode des éléments finis. Ce modèle permet l'analyse de l'engrènement sous charge mais les temps de calculs restent un handicap pour l'analyse des tolérances. Ces modèles de comportement pourront être affinés dans de futurs travaux et être le support de nouveaux modèles de spécification des engrenages, de suivi du processus de fabrication, d'une meilleure connaissance des interactions géométrie-mécanique-matériau, etc.
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La conception des engrenages spiro-coniques reste encore très complexe de nos jours car la géométrie des dentures, et donc les performances cinématiques, découle du mode de fabrication de ce type d'engrenage. Le taillage est lié à deux constructeurs principaux : Gleason et Klingelnberg. De nombreux paramètres de réglage des machines influencent directement les surfaces de denture, leur optimisation n'est donc pas intuitive. Avec les progrès réalisés cette dernière décennie par les machines d'usinage à commande numérique et la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur), il devient possible de fabriquer des engrenages spiro-coniques de bonne qualité sur une machine 5 axes. Un modèle numérique a été développé pour générer une géométrie simplifiée de type Gleason, usinée par la suite avec une machine 5 axes. Une étude de métrologie, permettant de comparer les dents usinées avec les modèles CAO, a ensuite été réalisée pour prouver que l'usinage par une machine 5 axes peut être une alternative aux méthodes de taillage classiques. De nouveaux types de géométrie peuvent donc être proposés, qui ne pouvaient pas être envisagés par les moyens de fabrication classiques. Une géométrie basée sur la théorie des développantes sphériques, combinée à une spirale logarithmique a été développée, puis usinée. De plus, des corrections de bombé ou de profil peuvent être définies afin d'éviter les contacts en bords de denture. Ce type de géométrie analytique offre des possibilités plus simples d'optimisation de l'engrènement. L'optimisation des surfaces peut être réalisée à l'aide du modèle d'engrènement quasi-statique sous charge développé dans le cadre de cette thèse. L'environnement de l'engrenage est pris en compte dans la simulation : déformation des arbres, des dentures et de leurs supports (jantes et voiles) ainsi que les déformations locales de contact. La méthode des coefficients d'influence est utilisée pour résoudre le partage des charges entre toutes les dents instantanément en contact. Une méthode originale, utilisant sur un seul calcul élément finis et la définition de bases de fonctions, permet de calculer rapidement les flexions de denture dans leur environnement. Les déformations de contacts sont, quant à elles, obtenues par une méthode analytique, basée sur les théories de Boussinesq. De plus, des défauts d'assemblage peuvent être intégrés entre le pignon et la roue spiro-conique. Afin de valider les modèles numériques développés, un banc d'essai a été mis en place, permettant la mesure de l'erreur de transmission et la visualisation des portées. Le banc d'essai est intégré dans une fraiseuse numérique 3 axes : le pignon est monté dans la broche de la fraiseuse, le reste du banc étant bridé sur son plateau. Ainsi, des défauts de montage peuvent être appliqués facilement et précisément.
Author: O. Bottema Publisher: Courier Corporation ISBN: 0486663469 Category : Science Languages : en Pages : 594
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Classic, comprehensive treatment covers Euclidean displacements; instantaneous kinematics; two-position, three-position, four-and-more position theory; special motions; multiparameter motions; kinematics in other geometries; and special mathematical methods.
Author: J. K. Davidson Publisher: Oxford University Press ISBN: 0192516280 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 477
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Robots and Screw Theory describes the mathematical foundations, especially geometric, underlying the motions and force-transfers in robots. The principles developed in the book are used in the control of robots and in the design of their major moving parts. The illustrative examples and the exercises in the book are taken principally from robotic machinery used for manufacturing and construction, but the principles apply equally well to miniature robotic devices and to those used in other industries. The comprehensive coverage of the screw and its geometry lead to reciprocal screw systems for statics and instantaneous kinematics. These screw systems are brought together in a unique way to show many cross-relationships between the force-systems that support a body equivalently to a kinematic serial connection of joints and links. No prior knowledge of screw theory is assumed. The reader is introduced to the screw with a simple planar example yet most of the book applies to robots that move three-dimensionally. Consequently, the book is suitable both as a text at the graduate-course level and as a reference book for the professional. Worked examples on every major topic and over 300 exercises clarify and reinforce the principles covered in the text. A chapter-length list of references gives the reader source-material and opportunities to pursue more fully topics contained in the text.
Author: Antonio Lopez-Gomez Publisher: CRC Press ISBN: 9780849309328 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 390
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Spatial Mechanisms: Analysis and Synthesis comprises the study of the three-dimensional relative motion between the components of a machine. Each chapter in this book presents a concise, but thorough, fundamental statement of the theory, principles, and methods. It then follows this with a selected number of worked examples. Numerous references provided at the end of chapters and the bibliography at the end of the book serve as helpful sources for further study.
Author: Jorge Angeles Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 038795368X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 537
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Modern robotics dates from the late 1960s, when progress in the development of microprocessors made possible the computer control of a multiaxial manipulator. Since then, robotics has evolved to connect with many branches of science and engineering, and to encompass such diverse fields as computer vision, artificial intelligence, and speech recognition. This book deals with robots - such as remote manipulators, multifingered hands, walking machines, flight simulators, and machine tools - that rely on mechanical systems to perform their tasks. It aims to establish the foundations on which the design, control and implementation of the underlying mechanical systems are based. The treatment assumes familiarity with some calculus, linear algebra, and elementary mechanics; however, the elements of rigid-body mechanics and of linear transformations are reviewed in the first chapters, making the presentation self-contained. An extensive set of exercises is included. Topics covered include: kinematics and dynamics of serial manipulators with decoupled architectures; trajectory planning; determination of the angular velocity and angular acceleration of a rigid body from point data; inverse and direct kinematics manipulators; dynamics of general parallel manipulators of the platform type; and the kinematics and dynamics of rolling robots. Since the publication of the previous edition there have been numerous advances in both the applications of robotics (including in laprascopy, haptics, manufacturing, and most notably space exploration) as well as in the theoretical aspects (for example, the proof that Husty's 40th-degree polynomial is indeed minimal - mentioned as an open question in the previous edition).
Author: Jérôme Bruyère
Author: Jérôme Bruyère
Author: Joël Teixeira Alves
Author: Organisation internationale de normalisation
Author: Organisation internationale de normalisation
Author: O. Bottema
Author: 
Author: Kurt Hain
Author: J. K. Davidson
Author: Antonio Lopez-Gomez
Author: Jorge Angeles