Surveillance et suivi de l'état de santé de réducteurs par analyse des signaux vibratoires et électriques

Condition monitoring and health assessment of gear drives using vibration and electrical signals analysis

• Auteur / Autrice : Bilal El Yousfi
• Direction : Francois Guillet, Kamal Medjaher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 05/07/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'analyse des signaux et des processus industriels (Roanne ; 1995-....) - Laboratoire d'analyse des signaux et des processus industriels
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mireille Bayart-Merchez, Anne Barros, Abdenour Soualhi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Benbouzid, Antoine Grall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Modèles mathématiques

Automobiles -- Boîtes-ponts

Détection de défaut (ingénierie)

Automobiles -- Transmissions

Engrenages

Réducteurs

Mots clés libres

Surveillance de l'état

Détection

Modélisation de la boîte de vitesses

Analyse vibratoire

Analyse du courant moteur

Rigidité du maillage des engrenages

Diagnostique

Modes de défaillance des engrenages

Condition monitoring

Detection

Gearbox modelling

Vibration analysis

Motor current analysis

Gear mesh stiffness

Diagnostic

Gear failure modes

Résumé

Les réducteurs à engrenages sont l’un des systèmes les plus largement utilisés dans les transmissions de puissance mécaniques, grâce à leur rendement très élevé, leur conception compacte et leur durée de vie prolongée. La plupart des applications des réducteurs fonctionnent dans des conditions environnementales sévères et sont soumises à des cycles de fatigue répétés à des niveaux de charges très fluctuantes, ce qui les rend vulnérables à l’apparition et à la propagation de différents modes de défaillance. Un programme de surveillance et de suivi de l’état de santé de toute machine vise principalement à augmenter sa fiabilité, sa disponibilité, sa productivité, à assurer la sécurité des personnes et à réduire les coûts de maintenance, en développant différentes techniques et méthodes visant à détecter, diagnostiquer et suivre toute apparition d’anomalies dans la machine, afin de planifier des interventions de maintenance ciblées au meilleur moment. Deux approches principales ont été largement utilisées dans la littérature pour la surveillance et le suivi de l’état de santé des engrenages : les méthodes basées sur des modèles et les méthodes basées sur les données. Cette thèse devrait contribuer à l’amélioration des méthodes existantes de surveillance de l’état de santé des réducteurs à engrenages en utilisant les deux approches. Une attention particulière est accordée aux méthodes basées sur des modèles afin d’améliorer les modèles analytiques existants des systèmes à engrenages afin de mieux prendre en compte l’effet des différents modes de défaillance des engrenages sur la réponse vibratoire et électrique des systèmes motoréducteurs. De plus, un intérêt particulier est accordé à l’étude de l’effet des conditions de fonctionnement telles que la vitesse de fonctionnement et le niveau de charge appliqué sur la précision du diagnostic de l’état des réducteurs en utilisant l’approche basée sur l’analyse des courants triphasés du moteur asynchrone.

Thanks to their high efficiency, compact design and extended service life, gear drives are one of the most widely used systems for mechanical power transmissions. Most of the gearbox applications operate in severe environmental conditions and are subject to repeated stress cycles and highly fluctuating charges. Hence, they are vulnerable to the apparition and the propagation of varying failure modes. A condition monitoring and health management (CMHM) program of any machine mainly aims to increase its reliability, availability, productivity, ensuring people safety and reducing maintenance costs, by developing different techniques and methods aiming to detect, diagnose, and assess any anomaly apparition in the machine, in order to planify target maintenance interventions at the best time. Two main approaches were widely employed in the literature for gear drives CMHM: model-based methods and data-driven methods. This thesis is expected to contribute to the improvement of the existing methods of gearbox condition monitoring and health management using both approaches. A special focus is given to model-based methods in order to improve existing analytical models of gearbox systems to better consider the effect of the different gear failure modes on the vibration and the electrical response of motor-gearbox systems. Moreover, a specific interest is given to study the effect of the operating conditions such as the operating speed and the applied load level on the diagnosis accuracy of gearbox condition using the data-driven approach based on motor current analysis.