Thèse soutenue

Modélisation et identification du comportement dynamique des broches UGV à montages de roulements préchargés
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Auteur / Autrice : David Noël
Direction : Benoît FuretMathieu RitouSébastien Le Loch
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l’ingénieur, mécanique
Date : Soutenance en 2013
Etablissement(s) : Université Bretagne Loire (2016-2019)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
Jury : Président / Présidente : Pascal Ray
Examinateurs / Examinatrices : Benoît Furet, Mathieu Ritou, Sébastien Le Loch, Pascal Ray, Didier Rémond, Philippe Lorong, Mathieu Ritou
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Rémond, Philippe Lorong

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les électrobroches d’Usinage à Grandes Vitesses concentrent de nombreuses fonctions techniques essentielles dans un espace très restreint et confiné. Elles sont caractérisées par de fortes puissances, de très hautes vitesses de rotation et nécessitent une raideur importante. Il s’agit d’applications présentant un très haut critère et donc très critiques pour les roulements. Le comportement des broches UGV en est d’autant plus complexe et difficilement prévisible. L’idée de ces travaux est de proposer un modèle dynamique juste nécessaire pour faciliter la conception de nouvelles broches et optimiser le choix des conditions de coupe, tous deux pour un environnement industriel. Pour cela, une approche phénoménologique est adoptée. Pour commencer, l’élément roulement à billes à contact oblique est finement modélisé. Outre les effets dynamiques sur les billes à haute vitesse de rotation, les déformations macroscopiques des bagues sont considérées pour le modèle analytique à cinq degrés de liberté du roulement. Une nouvelle formulation analytique exacte de la matrice de raideur du roulement est proposée puis validée. Ensuite, le modèle du comportement axial d’une broche à double précharge est recalé grâce aux résultats expérimentaux obtenus avec le dispositif de chargement axial développé à cet effet. Au final, non seulement les grandeurs de précharge sont identifiées, mais surtout de nouveaux phénomènes physiques, indispensables pour simuler le comportement complexe et couplé de la broche, sont décelés : expansion radiale des bagues, présence d’une butée, rétrécissement centrifuge de l’arbre et frottement sec sur le système de précharge. Enfin, pour l’étude du comportement global de broche, un excitateur électromagnétique a été développé afin de solliciter la broche radialement et sans contact. Le modèle tridimensionnel de la broche, non-linéaire et par Eléments Finis, est mis au point pour une résolution en temporel. L’intégration du modèle de roulement dans le modèle de broche est envisagée pour plusieurs hypothèses. Les résultats de simulation, validés par des essais expérimentaux montrent que, dans le cas d’un rotor raide en flexion et d’une précharge importante, il n’est pas nécessaire de prendre en compte la non-linéarité des roulements, une fois la précharge réévaluée par équilibre dynamique axial. Enfin, les comportements fréquentiels obtenus expérimentalement et par simulation sont comparés et analysés. L’évolution des fréquences et le couplage des modes sont examinés grâce au modèle numérique complet.