Validation expérimentale d'un modèle dynamique global de boîte de vitesses automobile
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Global numerical models making it possible to simulate the dynamic behavior of automobile gearboxes have been developed. They are based on the Finite Element Method and their principal originality is to integrate the whole of the couplings between the various technological components (shafts, gears, bearings, casings). Before being exploited in engineering and design departments, these numerical models must be validated with experiments. It is the purpose of this thesis. The complexity of such mechanical structures makes difficult the implementation of "traditional" updating procedures calling upon the mathematical methods described in the bibliography. Indeed, the gearbox cannot be "isolated" from the rest of the power transmission chain and the tests must be carried out on a mechanism under load and possibly under operating conditions. A trial run articulated in two great stages was thus implemented. The first one is devoted to the study of the system under load but non-rotating, and is organized according to a "step by step" procedure : starting with the shafts, the other components are gradually integrated into the studied system, first the bearings, then the gears and finally the casings. Thus, the modeling of these various parts has been validated and the existence of significant couplings has been confirmed. In the second stage, the gearbox is studied in operating conditions. Some privileged observing parameters have been selected (transmission error, bearing loads). Therefore, an original load sensor directly integrated into a ball bearing in order to preserve the architecture and the operating conditions of the gearbox has been manufactured using the technology of piezoelectric films. A good agreement between experiments and computations have been established (especially from vibrations amplitude point of view), ensuring the validity of the main modeling assumptions (linearization of the dynamic behavior around a static working point, use of the quasi-static transmission error under load to model the excitation generated by the gears).
Abstract FR:
Des modèles globaux permettant de simuler le comportement dynamique des boîtes de vitesses automobiles ont été développés. Ils sont basés sur la Méthode des Eléments Finis et ont pour principale originalité d'intégrer l'ensemble des couplages entre les différents composants technologiques (arbres de boîte, engrenages, paliersn carters). Avant d'être exploités en bureau d'étude, ces modèles numériques doivent être validés expérimentalement. C'est l'objet de cette thèse. La complexité du système rend difficile la mise en oeuvre d'une campagne de recalage "classique" faisant appel aux procédures mathématiques décrites dans la bibliographie. En effet, la boîte de vitesses ne peut pas être "isolée" du reste de la chaîne de transmission de puissance et les essais doivent être réalisés sur un mécanisme sous charge et éventuellement en fonctionnement. Une campagne d'essais articulés en deux grandes étapes a donc été mise en place. La première est consacrée à l'étude du système en charge, à l'arrêt, et s'organise selon une démarche "pas à pas" : partant des arbres isolés, les autres éléments de la boîte ont été progressivement intégrés au système étudié, d'abord les paliers à roulement, puis les engrenages et enfin les carters. La modélisation de ces différents éléments a ainsi été validée et l'existence de couplages importants confirmée. Dans un second temps, la boîte de vitesses est étudiée en fonctionnement. Un certain nombre de paramètres d'observation privilégiés ont été choisis : erreur de transmission, efforts transmis par les roulements. Un capteur de force original directement intégré à l'un des roulements de la boîte de manière à préserver au mieux l'architecture et les conditions de fonctionnement du mécanisme a donc été conçu en utilisant la technologie des films piézo-électriques. Un bon accord expérience / simulation numérique a été observé (notamment en terme d'amplitudes), ce qui a permis de valider les principales hypothèses de modélisation (linéarisation du comportement dynamique autour d'un point de fonctionnement statique, utilisation de l'erreur de transmission quasi-statique sous charge pour modéliser l'excitation générée par les engrenages.