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N° d’ordre 2012 ISAL 0130 Année 2012 THESE Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL

N° d’ordre 2012 ISAL 0130 Année 2012 THESE Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON Pour obtenir Le GRADE DE DOCTEUR Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique Spécialité MECANIQUE – GENIE MECANIQUE – GENIE CIVIL Par Romain FARGERE Ingénieur INSA de Lyon SIMULATION DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES TRANSMISSIONS PAR ENGRENAGES SUR PALIERS HYDRODYNAMIQUES Soutenue le 13 décembre 2012 devant la commission d’examen – Jury – BONNEAU O. Professeur (Université de Poitiers) Rapporteur DUFOUR R. Professeur (INSA de Lyon) GUILBAULT R. Professeur (ETS Montréal) Rapporteur MENARD C. Ingénieur – Docteur (DCNS – Nantes Indret) PERRET-LIAUDET J. Maître de Conférences (EC Lyon) VELEX P. Professeur (INSA de Lyon) Directeur de thèse LaMCoS – UMR CNRS 5259 – INSA de Lyon 20 Avenue Albert Einstein, 69621, Villeurbanne Cedex (France) Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - ii - Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - iii - INSA Direction de la Recherche - Ecoles Doctorales – Quinquennal 2011-2015 SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE CHIMIE CHIMIE DE LYON http://www.edchimie-lyon.fr Insa : R. GOURDON M. Jean Marc LANCELIN Université de Lyon – Collège Doctoral Bât ESCPE 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43 13 95 directeur@edchimie-lyon.fr E.E.A. ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE http://edeea.ec-lyon.fr Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN eea@ec-lyon.fr M. Gérard SCORLETTI Ecole Centrale de Lyon 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Tél : 04.72.18 60 97 Fax : 04 78 43 37 17 Gerard.scorletti@ec-lyon.fr E2M2 EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION http://e2m2.universite-lyon.fr Insa : H. CHARLES Mme Gudrun BORNETTE CNRS UMR 5023 LEHNA Université Claude Bernard Lyon 1 Bât Forel 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.72.43.12.94 e2m2@biomserv.univ-lyon1.fr EDISS INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES- SANTE http://ww2.ibcp.fr/ediss Sec : Safia AIT CHALAL Insa : M. LAGARDE M. Didier REVEL Hôpital Louis Pradel Bâtiment Central 28 Avenue Doyen Lépine 69677 BRON Tél : 04.72.68 49 09 Fax :04 72 35 49 16 Didier.revel@creatis.uni-lyon1.fr INFOMATHS INFORMATIQUE ET MATHEMATIQUES http://infomaths.univ-lyon1.fr M. Johannes KELLENDONK Université Claude Bernard Lyon 1 INFOMATHS Bâtiment Braconnier 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72. 44.82.94 Fax 04 72 43 16 87 infomaths@univ-lyon1.fr Matériaux MATERIAUX DE LYON Secrétariat : M. LABOUNE PM : 71.70 –Fax : 87.12 Bat. Saint Exupéry Ed.materiaux@insa-lyon.fr M. Jean-Yves BUFFIERE INSA de Lyon MATEIS Bâtiment Saint Exupéry 7 avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28 Jean-yves.buffiere@insa-lyon.fr MEGA MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE Secrétariat : M. LABOUNE PM : 71.70 –Fax : 87.12 Bat. Saint Exupéry mega@insa-lyon.fr M. Philippe BOISSE INSA de Lyon Laboratoire LAMCOS Bâtiment Jacquard 25 bis avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél :04.72.43.71.70 Fax : 04 72 43 72 37 Philippe.boisse@insa-lyon.fr ScSo ScSo* M. OBADIA Lionel Sec : Viviane POLSINELLI Insa : J.Y. TOUSSAINT M. OBADIA Lionel Université Lyon 2 86 rue Pasteur 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48 Lionel.Obadia@univ-lyon2.fr *ScSo : Histoire, Geographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - iv - Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - v - REMERCIEMENTS Cette thèse a été réalisée dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures de l’INSA de Lyon, dirigé par le Professeur David DUREISSEIX d’une part, et le Département Dynamique des Structures de DCNS research, dirigé par M. Jean- François SIGRIST, sur le site de Nantes-Indret, d’autre part. Je tiens, en premier lieu, à exprimer toute ma gratitude envers Monsieur Philippe VELEX, Professeur à l’INSA Lyon, pour m’avoir initié à la dynamique des engrenages lors de mon second cycle, puis pour la confiance qu’il m’a accordée durant ce travail de thèse. Par ses conseils avisés et sa vision pragmatique il a permis l’aboutissement de ce projet. Jean-François SIGRIST s’est également imposé comme une pièce importante de ce travail bien que son domaine de compétence scientifique soit éloigné des engrenages. Je le remercie pour son accueil au sein de DCNS puis de son département ; mais également pour sa curiosité et pour la pertinence de ses remarques scientifiques et numériques. Je remercie chaleureusement Monsieur Christian MENARD, Ingénieur à DCNS Nantes-Indret pour l’attention qu’il a bien voulu porter à l’égard de ce travail, non seulement en acceptant de faire partie du jury de cette thèse, mais également tout au long des travaux en me faisant profiter de sa curiosité scientifique et d’une partie de son savoir dans le domaine des paliers. Je tiens à témoigner toute ma reconnaissance à Messieurs les Professeurs Olivier BONNEAU de l’université de Poitiers et Raynald GUILBAULT de l’Ecole de Technologie Supérieure de Montréal pour avoir accepté d’examiner ce travail et de faire partie de mon jury de thèse. Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Joël PERRET-LIAUDET, maître de conférence à l’Ecole Centrale de Lyon ainsi qu’à messieurs Régis DUFOUR et Philippe VELEX, tous deux professeurs à l’INSA Lyon, pour l’honneur qu’ils me font de faire partie de mon jury de thèse. Mes remerciements vont également aux membres des diverses équipes dans lesquelles j’ai travaillé : Du côté d’Indret, je remercie Cédric pour ses conseils de présentation et de rédaction, Fabien pour m’avoir fait partager une infime partie de ses connaissances dans le domaine naval, à qui je souhaite une bonne dernière année de thèse, Marie pour les astuces de programmation. Dans le Service Technique et Scientifique je ne pouvais oublier Lydia, Vincent, Philippe, Yoann mais également Raphaël BOSIO dans le rôle du manager/collègue durant les deux premières années. J’ai également été honoré de constater que mes travaux ont intéressé Messieurs Jean-Marc CHICHOUX et Jérôme CHAUMON ; je les remercie pour leur intérêt constant. Du côté du laboratoire je remercie mes amis thésards pour les discussions, parfois animées, le midi ou en soirée, sur des sujets scientifiques ou non. Je pense particulièrement à BenJ, B.G., Hugo, Vince ; mais aussi à Dhafer et Nabih dans un style plus studieux. Je remercie également Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - vi - Mini-Bûche pour la relecture du mémoire et lui souhaite bon courage pour la suite des opérations. Enfin un petit mot pour Vincent, Jérôme C., Jérôme B. et Fabrice de l’équipe SMC qui ont contribué au climat détendu mais appliqué qui a régné durant cette thèse. A titre personnel, un grand merci également à mon équipe d’Oullins, mes parents, mon frère et ma bretonne pour leur bonne humeur, leurs prises de bec et leur soutien sans faille au cours de la thèse. Chacun, à sa manière, a contribué à la réalisation de ce travail et a fait de ces trois années une période charnière de mon existence. Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2012ISAL0130/these.pdf © [R. Fargère], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés - vii - RESUME 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. Mots clés : Engrenages, réducteur de vitesse, engrenage droit, engrenage hélicoïdal, paliers lisses, couplages non linéaires, effets thermiques, simulation numérique. ABSTRACT The present work is aimed at predicting the dynamic behaviour of geared transmissions supported by hydrodynamic journal bearings, similar to those used uploads/Geographie/ these 14 .pdf