Etude d’une transmission par engrenages en conditions marginales de lubrification

Study of a gear transmission under marginal lubrication conditions

• Auteur / Autrice : Pierre Navet
• Direction : Christophe Changenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SMC - Systèmes Mécaniques et Contacts
• Jury : Président / Présidente : Jean-Charles Maré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Changenet, Jean-Charles Maré, Myriam Lazard, Jorge Oliveira Seabra, Fabrice Ville
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Myriam Lazard, Jorge Oliveira Seabra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lubrification

Frottement

Analyse thermique

Engrenages

Mécanique du contact

Mots clés libres

Mécanique des contacts

Transmission mécanique

Engrenage

Lubrification

Machine Bi-Disques

Sous-Alimentation

Perte de puissance

Réseau thermique

Comportement thermique

Frottement à l’engrènement

Contact mechanics

Mechanical transmission

Gear

Lubrication

Bidisc engine

Starvation

Power Loss

Thermal network

Thermal Behaviour

Friction

Résumé

L’objectif de ces travaux de thèse est d’étudier le comportement thermique des engrenages en fonctionnement marginal de lubrification. Ces phases se caractérisent par une quantité faible ou inexistante d’huile apportée aux éléments lubrifiés. Le fonctionnement ciblé fait intervenir uniquement de l’huile résiduelle des précédentes lubrifications dans un contexte de faibles puissances transmises. Le fonctionnement sera étudié du point de vue de la modification des échanges thermiques, des pertes de puissance générées et de la modification des états de surface des dents. Pour cela, une approche expérimentale sur un banc engrenage modifié pour ces conditions de lubrification a été menée. Il a été observé que le fonctionnement marginal influençait à la fois les échanges thermiques et les pertes de puissance générées au sein du système. Une modélisation thermique nodale du banc d’essai a permis de comprendre la modification des échanges thermiques et d’isoler les pertes par frottement à la denture lors du fonctionnent marginal. Pour aller plus loin, une étude du fonctionnement sous-alimenté à l’échelle du contact a été menée sur machine bi-disques. Une méthode semi empirique d’estimation de l’épaisseur de film d’huile dans le contact a permis de mettre en évidence que le temps disponible avant la défaillance dépendait de phénomènes de réalimentation du contact. D’ailleurs, des essais réalimentés régulièrement ont montré qu’une très faible quantité de lubrifiant état nécessaire à la lubrification du contact, mais n’assurait pas le rôle de refroidissement.

The aim of this thesis is to study the thermal behavior of gears in marginal lubrication operation. These phases are characterized by a low or non-existent quantity of oil brought to the lubricated elements. The targeted operating conditions use only residual oil from previous lubrications in the context of low power transmission. The operating conditions will be studied through the modification of the thermal exchanges, the generated power losses and the modification of the surface of the teeth. For this purpose, an experimental approach on a gear bench test rig modified for these lubrication conditions has been conducted. It was observed that the marginal operation influenced both the thermal exchanges and the power losses generated within the system. A nodal thermal modeling of the test rig allowed to understand the modification of the thermal exchanges and to isolate the teeth frictional losses during the marginal operation. To go further, a study of starved contacts representative of gears teeth contacts was conducted on a twin-disk machine. A semi-empirical method of estimating the thickness of the oil film in the contact has shown that the time before failure depended on contact replenishment phenomena. Moreover, tests regularly replenished showed that a very small amount of lubricant was necessary to lubricate the contact, but did not ensure the role of cooling.