Etude de la performance énergetique d’une transmission de puissance haute vitesse

Study of the efficiency of a high-speed mechanical power transmission

• Auteur / Autrice : Adrien Neurouth
• Direction : Christophe Changenet, Fabrice Ville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 16/03/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Jury : Président / Présidente : Michel Fillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Changenet, Fabrice Ville, Michel Fillon, François Robbe-Valloire, Jorge Seabra, Michel Octrue
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Robbe-Valloire, Jorge Seabra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Transmissions

Véhicules électriques hybrides

Transmission (mécanique)

Mécanique

Mots clés libres

Mécanique

Véhicules hybrides

Véhicules électrique

Moteur

Transmission de puissance

Engrenages

Roulement à billes

Modélisation thermomécanique

Rendement énergétique

Lubrification

Babotage

Pertes de puissances

Mechanics

Hybrid Electric Vehicle (HEV)

Electric vehicle

Power Transmission System

Gears

Ball bearing

Thermomechanical modelling

Energy Efficiency

Lubrication

Babbling

Power losses

Résumé

Une des voies d’amélioration des véhicules hybrides et électriques est l’utilisation de moteurs tournant plus vite, jusqu’à plus de 42.000tr/min. Le but est d’augmenter la densité de puissance et le rendement des groupes motopropulseurs. Pour utiliser ces moteurs de nouveaux réducteurs mécaniques doivent être développés. Cela doit se faire sans générer de surcoût important face aux solutions utilisées à basse vitesse et en assurant un niveau de performance énergétique élevé. Cette thèse se situe en amont de la phase de conception d’un réducteur haute vitesse lubrifié par barbotage. Elle a pour but d’identifier les problèmes d’échauffement et de pertes de puissance ainsi que de proposer des pistes d’amélioration énergétique. Ce travaille propose la modélisation thermomécanique de l’étage grande vitesse (GV) du réducteur, réalisée à l’aide de la méthode des réseaux thermiques. Ce modèle couple les pertes de puissance avec les températures. Une attention particulière est portée sur la modélisation des roulements de l’arbre GV. Un nouveau modèle thermomécanique de roulement est développé. Les pertes par barbotage deviennent importantes à grande vitesse. Une méthode permettant de fortement les réduire est caractérisée.

A way to improve both electric and hybrid vehicles is to use high speed motors, operating over than 42.000rpm. The goal is to increase the power density and the efficiency of powertrains. Using these new motors, new gearboxes should be developed. This must be done without generating significant additional cost regarding already mastered low speed solutions. High energy performance level also has to be maintained. This PhD comes before the design phase of a high-speed oil bath lubricated gearbox. It aims to identify the warm-up and power loss problems, and propose ways to improve efficiency. This work proposes a thermomechanical modelling of the gearbox’s first stage, using the thermal network method. This model links power losses with temperatures. Particular attention is paid to high speed bearing modelling. A new thermomechanical model of rolling element bearing is developed. As churning losses being significant at high speeds, a method to greatly reduce this power loss is characterized.