Stage ingnieur Stagiaire Pierre CERESA Tuteurs D Carlos

Stage ingénieur Stagiaire : Pierre CERESA Tuteurs : D. Carlos GARCIA MASIA (UPCT) M. Pascal HERNANDEZ (ESIA) Année : 2004 -2005 1/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 2/33

Sommaire 1 - Le Laboratoire 2 - Le Projet d’étude 3 - Mon étude 4 - Mon rôle au sein du laboratoire 5 - Conclusions 3/33

1 - Le Laboratoire du département d’ingénierie mécanique (UPCT - ETSII) Équipe permanente de 17 personnes Ses différents services : - Secrétariat - Centre d’investigation - Atelier d’usinage - Salles de TP 4/33

1 - Le Laboratoire Déjà 11 années d’études sur les transmissions d’engrenage Financement des projets d’études : - Proyectos de I+D. Convocatorias Públicas (Programas Nacionales ) - Proyectos de I+D. Convocatorias Públicas (Programas Regionales ) Exemples de projets : - Simulation cinématique et dynamique des transmissions d’engrenages (3 ans - Nov. 2004 à Déc. 2007) - Analyse du contact entre les dents d’engrenages (4 ans Jan. 2000 à Déc. 2003) - Développement d’un modèle de comportement dynamique d’engrenages cylindriques (1 an - Nov. 1996 à Nov. 1997) 5/33

Sommaire 1 - Le Laboratoire 2 - Le Projet d’étude 3 - Mon étude 4 - Mon rôle au sein du laboratoire 5 - Conclusions 6/33

2 - Le Projet d’étude « Simulation cinématique et dynamique des transmissions d’engrenage » Simulación cinemática y dinámica de transmisiones por engranajes • Proyectos de I+D. Convocatorias Públicas • Programas Nacionales • Durée : de Nov. 04 à Déc. 07 7/33

2 - Le Projet d’étude Objectifs : • Développer de nouvelles techniques d’obtention de la superficie des dents des engrenages avec un contact amélioré • Localisation du contact et définition de la fonction d’erreurs de transmission parabolique continue • Erreurs de fabrication, de montage et de déformation dues aux charges 8/33

Sommaire 1 - Le Laboratoire 2 - Le Projet d’étude 3 - Mon étude 4 - Mon rôle au sein du laboratoire 5 - Conclusions 9/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 - Mon étude I- Définition des objectifs II- Calculs de structure III- Analyse de l’arbre de transmission IV- Résultats de l’étude 10/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -I Définition des objectifs Données techniques : • Moteur : Puissance 4 ch. (2942 W) Vitesse de rotation 1800 tr/min (188 rad/sec) • Engrenage : Type d’engrenage Cylindrique à denture droite Relation de transmission R = 2, soit Module m = 5 Nombre de dents du pignon 20 dents • Boîte de transmission : Dimensions 360 x 160 [mm] • Matériel : F-114 11/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -I Définition des objectifs Méthodologie : • Analyse cinématique de la transmission d’engrenage (Cas particulier d’engrenage cylindrique à denture droite) • Modélisation d’un axe de transmission (Géométrie, étude statique et dynamique, éléments de construction, dimensionnement, utilisation des outils Solidworks et Motion. Works) • Analyse par la méthode des éléments finis (Utilisation des outils Ansys et Designspace, analyse à la fatigue, analyse modale, analyse harmonique ) 12/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 - Mon étude I- Définition des objectifs II- Calculs de structure III- Analyse de l’arbre de transmission IV- Résultats de l’étude 13/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -II Calculs de structure Analyse cinématique Dimension géométrique (m, Z, d) Forme géométrique développante de cercle Caractérisation du contact (linéale et fonction de transmission linéale) 14/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -II Calculs de structure Analyse statique/dynamique Détermination des efforts de contact : • N • R Dimensionnement de l’arbre • T Modélisation des dents 15/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -II Calculs de structure Analyse statique/dynamique Graphique d’efforts Validation des résultats grâce au logiciel de simulation : « Motion. Works » Ød 130 ØD 100 360 130 16/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -II Calculs de structure Analyse de fatigue Contraintes : Contraintes [MPa] Épaulement Logement clavette Arbre 1 220, 39 188, 87 Arbre 2 186, 54 191, 91 Valeurs limites : Ka (superficie) Kb (taille) Arbre 1 (d) Arbre 1 (D) Arbre 2 (d) Arbre 2 (D) S’e [MPa] 0, 95 0, 795 0, 926 0, 907 Se [MPa] 266, 45 352, 8 258, 04 259, 72 254, 39 17/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -II Calculs de structure Analyse de fatigue Ø 10 130 Ø 14 100 360 130 Arbre 1 Arbre 2 Ø 12 130 Ø 16 100 360 130 18/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 - Mon étude I- Définition des objectifs II- Calculs de structure III- Analyse de l’arbre de transmission IV- Résultats de l’étude 19/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 1ère Analyse avec ANSYS • Résultats théoriques • Améliorer modélisation • Se rapprocher de la réalité 20/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 1ère Analyse avec ANSYS Comparaison avec l’étude préliminaire : Arbre 1 (support pignon) Contrainte maximale (Tresca, épaulement) Déformation (flexion) Déformation (torsion) Étude théorique 220, 39 [MPa] 0, 917 [mm] 0, 014 [°] Éléments finis (Ansys) 199, 16 [MPa] 0, 984 [mm] 0, 012 [°] 21/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 2ème Analyse Solidworks/Ansys Designspace Arbre 1 (support du pignon) Coefficient de sécurité Arbre 1 Contraintes Arbre 1 22/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 2ème Analyse Solidworks/Ansys Designspace Arbre 1 (support du pignon) 1 er mode naturel - Flexion Arbre 1 7ème mode naturel - Torsion Arbre 1 23/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 2ème Analyse Solidworks/Ansys Designspace Étude dynamique : Analyse des contraintes Arbre 1 Arbre 2 Épaulement (congé) Logement de la clavette 87, 173 [MPa] 72, 093 [MPa] 74, 311 [MPa] 94, 399 [MPa] 24/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 2ème Analyse Solidworks/Ansys Designspace Étude dynamique : Analyse des déformations Arbre 1 Longitudinales [mm] Arbre 2 Angulaires [°] Longitudinales [mm] Plan vertical (XY) 0, 190 Plan horizontal (XZ) 0, 305 0, 175 Cisaillement Totale 0, 128. 10 -2 0, 340 Angulaires [°] 0, 897. 10 -3 0, 237 25/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -III Analyse de l’arbre de transmission 2ème Analyse Solidworks/Ansys Designspace Étude vibratoire : Flexion (Hz) Torsion (Hz) Arbre 1 (1 er Mode) 389, 839 >> 30 (7ème Mode) 3043, 56 >> 30 Arbre 2 (1 er Mode) 490, 754 >> 30 (7ème Mode) 3526, 72 >> 30 Analyse modale Déplacement total (flexion) [mm] Déplacement total (torsion) [°] Arbre 1 0, 21 7, 7. 10 -4 Arbre 2 0, 13 1, 1. 10 -3 Analyse harmonique 26/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 - Mon étude I- Définition des objectifs II- Calculs de structure III- Analyse de l’arbre de transmission IV- Résultats de l’étude 27/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -IV Résultats de l’étude Importance de la rigidité de l’arbre de transmission Déformations Flexion [mm] Torsion [°] Arbre de transmission (étude dynamique) (1) (2) 0, 34 0, 237 0, 00128 0, 0009 Arbre de transmission (étude vibratoire) (1) (2) (1) 0, 21 0, 13 0, 00077 0, 0011 Erreurs de positionnement 0, 1 à 0, 3 Zone de contact des dents Déformation longitudinale = 0, 007 [mm] (2) 0, 0009 à 0, 0015 Bilan de l’étude - Influence de l’arbre dans la transmission d’engrenage 28/33

« Étude cinématique et dynamique d’un axe de transmission d’engrenage cylindrique à denture droite » 3 -IV Résultats de l’étude • Remise en cause de l’hypothèse de calcul dans le cas de faible charge • Intégration des résultats dans le projet pour : - Localisation du contact - Fonction de l’erreur de transmission 29/33

Sommaire 1 - Le Laboratoire 2 - Le Projet d’étude 3 - Mon étude 4 - Mon rôle au sein du laboratoire 5 - Conclusions 30/33

4 - Mon rôle au sein du laboratoire Au-delà de mon étude : • Formateur sur l’utilisation de logiciels (Ansys, Solidworks) • Réalisation de tutoriaux 31/33

Sommaire 1 - Le Laboratoire 2 - Le Projet d’étude 3 - Mon étude 4 - Mon rôle au sein du laboratoire 5 - Conclusions 32/33

5 - Conclusions • Reconnaissance de mon travail Publication • Expérience enrichissante Diversité de mes activités • Importance de la « communication » 33/33