Simulation du comportement dynamique des transmissions par engrenages sur paliers hydrodynamiques PDF Download
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Book Description
Ce travail vise à prédire le comportement dynamique de transmissions par engrenages supportées par des paliers hydrodynamiques, semblables à celles utilisées dans le domaine de la propulsion navale. Un modèle couplé de transmission mécanique est présenté ; il traite la plupart des interactions possibles entre les engrenages, les arbres et les paliers. Un élément d'engrenages à dentures larges, avec raideur non linéaire et dépendante du temps, est combiné à des éléments finis de poutre alors que la contribution des paliers est introduite par la résolution directe de l'équation de REYNOLDS et d'un model thermique simplifié. A cause des jeux de fonctionnement des paliers, une attention particulière a été portée à la définition de l'état de référence et des degrés de liberté. La réponse du système est calculée par la combinaison d'un schéma d'intégration temporelle, d'une méthode de NEWTON-RAPHSON et d'un algorithme de contact normal unilatéral de manière à ce que les conditions de contact aux paliers et entre les dents soient simultanément traitées. Les résultats de simulation sont comparés à des mesures réalisées sur un banc d'essai de haute précision possédant un train simple étage en dentures droites et hélicoïdales, supporté par des paliers lisses de type hydrodynamique. Les comparaisons fournissent un bon accord et aboutissent à la validation du modèle de couplage tant sur les aspects globaux que locaux. Bon nombre de résultats sont également présentés, qui montrent que certains paramètres, bien souvent ignorés dans les modèles de la littérature, tels que la position de la zone d'alimentation des paliers, la température de lubrifiant dans les paliers, les accouplements avec l'environnement extérieur peuvent fortement modifier l'équilibre statique et le comportement dynamique du système, jusqu'aux contacts entre les dents.
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Ce travail vise à prédire le comportement dynamique de transmissions par engrenages supportées par des paliers hydrodynamiques, semblables à celles utilisées dans le domaine de la propulsion navale. Un modèle couplé de transmission mécanique est présenté ; il traite la plupart des interactions possibles entre les engrenages, les arbres et les paliers. Un élément d'engrenages à dentures larges, avec raideur non linéaire et dépendante du temps, est combiné à des éléments finis de poutre alors que la contribution des paliers est introduite par la résolution directe de l'équation de REYNOLDS et d'un model thermique simplifié. A cause des jeux de fonctionnement des paliers, une attention particulière a été portée à la définition de l'état de référence et des degrés de liberté. La réponse du système est calculée par la combinaison d'un schéma d'intégration temporelle, d'une méthode de NEWTON-RAPHSON et d'un algorithme de contact normal unilatéral de manière à ce que les conditions de contact aux paliers et entre les dents soient simultanément traitées. Les résultats de simulation sont comparés à des mesures réalisées sur un banc d'essai de haute précision possédant un train simple étage en dentures droites et hélicoïdales, supporté par des paliers lisses de type hydrodynamique. Les comparaisons fournissent un bon accord et aboutissent à la validation du modèle de couplage tant sur les aspects globaux que locaux. Bon nombre de résultats sont également présentés, qui montrent que certains paramètres, bien souvent ignorés dans les modèles de la littérature, tels que la position de la zone d'alimentation des paliers, la température de lubrifiant dans les paliers, les accouplements avec l'environnement extérieur peuvent fortement modifier l'équilibre statique et le comportement dynamique du système, jusqu'aux contacts entre les dents.
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Ce travail vise à prédire le comportement dynamique d’engrenages évoluant à des vitesses de rotation variables. Un modèle d’engrenages à paramètres concentrés est développé, il inclut la possibilité de contacts directs et de contacts sur les faces arrière des dentures, les influences des excentricités, du jeu de denture et des variations de vitesse de rotation. Les arbres sont introduits via des éléments finis de poutres de Timoschenko et les paliers par l’intermédiaire de ressorts de traction - compression et de torsion. Les différents états des conditions de contacts, ainsi que les paramètres nécessaires à la simulation de l’engrènement, sont analysés. Un schéma numérique d’intégration pas à pas est couplé à un algorithme de contact afin de résoudre les équations de mouvement. Différents modèles de complexité croissante sont exploités afin de caractériser les contributions de variations périodiques de vitesses (acyclisme). Pour un système à un seul degré de liberté, des résultats originaux relatifs à la stabilité de la solution en sont déduits. Des approches analytiques sont également proposées afin de valider et calibrer les méthodes numériques. Les résultats confirment l’influence certaine de certains régimes transitoires sur le comportement dynamique des engrenages, particulièrement dans le cas de l’acyclisme [131 - 132 - 133].
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La maîtrise du comportement vibro-acoustique des transmissions par engrenages est devenue un facteur de qualité déterminant. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine de l'Automobile et de l'Aéronautique où l'augmentation du confort est indissociable de la réduction des nuisances sonores. Dans ce contexte, la compréhension et la modélisation des excitations générées par l'engrènement apparaîssent comme indispensables. C'est dans ce cadre que se situe ce travail de thèse dont l'objet principal a été d'établir un modèle de comportement cinématique et dynamique. Ce modèle a été validé et recalé par rapport à des relevés expérimentaux de l'erreur de transmission dynamique. Ces mesures ont été effectuées sur un banc d'essais conçu pour reproduire des conditions de fonctionnement industrielles et sont associées à une technique originale. L'influence des principaux paramètres de conception (rapport de conduite, rapport de recouvrement, corrections de denture,...) et de fonctionnement (vitesse, couple, désalignements,...) a été étudiée. Les différentes approches développées dans la bibliographie pour modéliser l'interface d'engrènement ont été abordées et les résultats qu'elles fournissent systématiquement comparés. Dans ce contexte, la modélisation linéarisée (rigidité de denture constante) apparaît comme la plus performante. Enfin, les résultats obtenus confirment le rôle prépondérant des couplages de comportement entre les différents composants de la transmission. Ceci concerne tout particulièrement la modélisation des paliers qui conditionne pour une grande part la localisation des régimes de fonctionnement critiques.
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Cette étude présente de nombreuses simulations numériques du comportement dynamique global de transmissions a engrenage parallèle hélicoïdal dont les résultats sont confrontes a ceux d'une campagne de mesures vibratoires effectues sur une boite de vitesses simplifiée. La modélisation dynamique des composants élastiques de la transmission (engrenages, arbres, roulements, Carter) est réalisée par la méthode des éléments finis. La fluctuation de la raideur d'engrènement est introduite via une matrice de raideur décrivant la liaison élastique entre le pignon et la roue. L’erreur cinématique de transmission est introduire comme source d'excitation vibratoire. Les équations du mouvement sont traitées dans une base modale tronquée déduite des caractéristiques moyennes de la structure. Une nouvelle méthode de calcul, dite méthode spectrale, permet le calcul direct des spectres et des valeurs efficaces des réponses dynamiques en chaque degré de liberté. Cette méthode a été validée par des tests numériques, et se caractérise par des temps de calcul très courts. Elle est exploitée pour l'étude d'une boite de vitesses simplifiée dont le carter est réduit a une simple plaque rectangulaire. Les résultats numériques permettent de conclure sur les phénomènes dominants du comportement dynamique global de la boite, et notamment de mettre en évidence les caractéristiques dominantes du transfert entre l'erreur statique de transmission et la réponse vibratoire du carter. Une campagne de mesures vibratoires effectuées sur une boite semblable a celle retenue pour les simulations numériques a confirme ces caractéristiques
Author: Philippe Couderc Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 160
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Ce travail concerne l'étude théorique et expérimentale du comportement dynamique en torsion des chaînes cinématiques de transmission automobiles. Il comprend la réalisation d'un banc de simulation et d'un logiciel de calcul pour la prédiction du comportement dynamique et la recherche de solutions techniquement satisfaisantes. Le premier chapitre est consacré à la compréhension des phénomènes de vibrations en torsion de la chaîne cinématique soumise à l'acyclisme moteur. Il met en évidence les comportements dynamiques associés aux bruits de point mort, graillonnement, à-coups de couple, bruits de transmission et dresse un état de l'art dans le domaine. Dans le deuxième chapitre, l'étude des fréquences et modes est d'abord effectuée sur des modèles linéaires de chaînes cinématiques. L'étude des phénomènes transitoires non linéaires est ensuite réalisée sur des modèles simples permettant de mieux comprendre les phénomènes de chocs de denture associés aux non-linéarités de l'embrayage [...]
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LES ETUDES DYNAMIQUES ET VIBRATOIRES DES MECANISMES COMPLEXES TELS QUE LES BOITES DE TRANSMISSION DE PUISSANCE ET LES BOITES DE VITESSE DES MACHINES SONT GENERALEMENT FOCALISEES SUR DES PROBLEMES BIEN PARTICULIERS A CAUSE DES DIFFICULTES DE MODELISATION. CES APPROCHES ONT MONTRE L'IMPORTANCE DE L'ENVIRONNEMENT (CARTES, COUVERCLES, ...) SUR LES CONDITIONS D'ENGRENEMENT ET L'ETAT DE FONCTIONNEMENT DES DENTURES D'ENGRENAGES. UNE APPROCHE GLOBALE DE LA MODELISATION, BASEE SUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS EST PROPOSEE. DANS CE CONTEXTE LA MODELISATION DE LA LIAISON OBTENUE PAR DES PIGNONS TOURNANT LIBREMENT AUTOUR DE LEURS AXES OU DIRECTEMENT FIXE SUR L'ARBRE EST PROPOSEE. LES METHODES DE RESOLUTION DES EQUATIONS DE LA DYNAMIQUE POUR DE GRANDS SYSTEMES SONT ETUDIEES ET EXPLOITEES. AU TRAVERS DES APPLICATIONS LA QUANTIFICATION DE L'INFLUENCE DES PARAMETRES TEL QUE LA MASSE DES ENGRENAGES, LA RIGIDITE DES CARTERS, LA RIGIDITE D'ENGRENEMENT, LA RIGIDITE DES PALIERS, ... EST FAITE. UN LOGICIEL ORIGINAL A ETE DEVELOPPE, IL PERMET LE MAILLAGE AUTOMATIQUE ET LA VISUALISATION AINSI QUE LE CALCUL DES EFFORTS, DES DEPLACEMENTS, DES VITESSES ET DES ACCELERATIONS. C'EST UNE CONTRIBUTION DANS LE DOMAINE DE LA CONCEPTION MECANIQUE ASSISTEE PAR ORDINATEUR POUR L'ACCROISSEMENT DES CONNAISSANCES DU COMPORTEMENT DES ORGANES DE TRANSMISSION DE PUISSANCE, AVEC DES CONDITIONS AUX LIMITES REELLES
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LE BUT DE CETTE ETUDE EST DE REALISER UN MODELE NUMERIQUE PERMETTANT DE SIMULER LE COMPORTEMENT D'UN PALIER A TROIS PATINS OSCILLANTS D'UN GROUPE TURBO-ALTERNATEUR DANS DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT ANORMALES. NOUS AVONS TRAITE LE CAS OU LE ROTOR EST SOUMIS A UN FORT BALOURD PROVOQUE PAR LA RUPTURE D'UNE AILETTE. LES PATINS SONT SUPPOSES ELASTIQUES. DANS UN PREMIER TEMPS NOUS AVONS CONSIDERE QUE LE PALIER EST SEC. NOUS AVONS CONCU UN ALGORITHME IMPLICITE BASE SUR LES METHODES DE L'ANALYSE CONVEXE, PERMETTANT D'ESTIMER LES EFFORTS MECANIQUES DANS LES PATINS LORS DU CONTACT DE L'ARBRE AVEC CEUX-CI. NOUS AVONS PU ESTIMER LE CHAMP DE TEMPERATURE DANS LES PATINS LORSQU'ILS SONT SOUMIS AU FLUX DE CHALEUR DISSIPE PAR FROTTEMENT. DANS LA DEUXIEME PARTIE DE CE MEMOIRE, NOUS AVONS PRIS EN CONSIDERATION LA PRESENCE DU FILM D'HUILE. L'EQUATION DE REYNOLDS, AVEC LA METHODE DE RHODE ET LI, ET LES CONDITIONS AUX LIMITES DE GUMBEL, EST TRAITEE NUMERIQUEMENT. LORSQUE L'ARBRE EST SOUMIS A UNE CHARGE TOURNANTE, LA PORTANCE HYDRODYNAMIQUE PEUT SE REVELER INSUFFISANTE ET LE CALCUL NUMERIQUE CESSE DE CONVERGER LORSQUE LE FILM D'HUILE EST TROP MINCE. LE PROBLEME CHANGE ALORS DE NATURE ET ON NE PEUT ENVISAGER L'ETABLISSEMENT D'UN REGIME HYDRODYNAMIQUE. IL EST POSSIBLE DANS CES CIRCONSTANCES, COMPTE TENU DU TRAVAIL DEJA EFFECTUE DANS LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE, D'EFFECTUER UN CALCUL EN AJOUTANT AUX EFFORTS HYDRODYNAMIQUES LES REACTIONS DUES AU CONTACT UNILATERAL. NOUS AVONS PU OBSERVER DIFFERENTS COMPORTEMENTS, REGIMES STATIONNAIRES, PERIODIQUES, ET CHAOTIQUES
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Les travaux portent sur le comportement dynamique d'engrenages cylindriques et reposent sur des études expérimentales et numériques parallèles. Les essais ont été réalisés sur un banc d engrenages simple étage haute précision disposant d'une instrumentation importante pour les mesures de contrainte, d'efforts et de déplacements. Les modèles numériques sont de type éléments finis, les équations du mouvement et les conditions de contact sur les dentures sont résolues simultanément en couplant un algorithme de contact unilatéral et une méthode de Ritz. Dans un premier temps les mesures à l'arrêt puis à faibles vitesses ont permis d'identifier certains paramètres et de vérifier la modélisation des couplages élastiques et excitations associés à l engrènement. Dans un deuxième temps l’analyse du comportement des lignes d'arbres à grandes vitesses et du chargement instantané sur les contacts entre dents a été entreprise. Les comparaisons entre résultats de mesures et simulations sont généralement très satisfaisantes particulièrement en ce qui concerne les efforts dynamiques sur les dentures. Enfin, certains phénomènes rarement évoqués dans la littérature, (influence du frottement, couplages paliers/engrenages distribution de contraintes dynamiques,.. . ) ont pu être mis en évidence.
Author: Romain Fargere
Author: Romain Fargere
Author: Guillaume Sika
Author: Christophe Bard
Author: Joël Perret-Liaudet
Author: Dominique Bonneau
Author: Philippe Couderc
Author: KHALID.. SATORI
Author: Mohamed Bellahmar
Author: Sébastien Baud
Author: Didier Rémond