Modélisation et optimisation du comportement sous charge des engrenages face
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The potential applications of face gears begin to be a great interest for helicopter manufacturers. The objective of the European research program Facet, in which this thesis is includes, is to study the possibility of using face gears in helicopter transmissions. The work of this thesis consisted to simulate the behaviour of face gear in three steps: - analytical definition of the geometry, - analytical unloaded kinematics simulation to define the potential contact zone, - behaviour under load, using a contact model combined to a finite element computation in order to avoid neglecting the main aspects of the important deformations affecting the components in a high power transmission. The numerical and experimental validation has shown that this model was well adapted to the actual conditions of simulation and to the technological criteria of aeronautic. The study and comparison of both theoretical contact cases of face gears (point or line contact) has shown their respective interest. The extreme sensibility of the contact line to any misalignments, has forced to develop an optimisation process for the pinion tooth surface. This has allow to control the balance of the contact pattern and reduce the amplitude of the transmission error, whatever the mounting might be. Initial design of the gears has been considered within the study of the influence of the parameters on the geometry and the unloaded kinematics. The main role of the design parameters has been revealed with a particular use of a reduced statistical design method. A quick definition of the face gear is now possible with the development of an optimal design process.
Abstract FR:
Le potentiel des engrenages face suscite l’intérêt des constructeurs aéronautiques. Le programme de recherche européen Facet, dans lequel s'inscrit cette thèse, a pour objectif d'étudier la possibilité d'intégrer des engrenages face dans les transmissions d'hélicoptères. Cette thèse a consisté à formaliser la modélisation du comportement des engrenages face selon une démarche en trois étapes : Définition de la géométrie sous forme analytique, - Simulation analytique de la cinématique à vide pour déterminer les zones de contact potentielles, - Comportement sous charge, utilisant un modèle de contact couplé à une simulation par éléments finis afin de ne négliger aucun des aspects fondamentaux régissant les importantes déformations subies par les composants dans une transmission de grande puissance. La validation, à la fois numérique et expérimentale, de cette modélisation a montré qu'elle était bien adaptée aux conditions actuelles de simulation et répondait parfaitement aux critères technologiques aéronautiques. L'étude et la comparaison sous charge des deux cas de contact théoriques des engrenages face (linéaire et ponctuel) ont montré leur intérêt respectif. L'extrême sensibilité du contact linéaire aux désalignements a nécessité la mise en place d'un processus d'optimisation du profil du pignon. Ainsi l'équilibrage de la portée sous charge est totalement contrôlé et l'amplitude de l'erreur de transmission réduite, quelles que soient les conditions de montage. La conception initiale des engrenages face a été considérée à travers l'étude de l'influence des paramètres de conception sur la géométrie et la cinématique à vide. Le rôle déterminant des paramètres fondamentaux a été mis en évidence grâce à une utilisation particulière de plans d'expériences réduits. Un dimensionnement rapide des engrenages face, répondant à des conditions d'utilisation définies, est désormais possible grâce à la mise en place d'un processus de conception optimal.