Modélisation et identification du comportement dynamique des broches UGV à montages de roulements préchargés

Modélisation et identification du comportement dynamique des broches UGV à montages de roulements préchargés

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...

Description complète

Détails bibliographiques
Auteurs principaux : Noël David (Auteur), Furet Benoît (Directeur de thèse, Membre du jury), Ritou Mathieu (Directeur de thèse, Membre du jury), Le Loch Sébastien (Directeur de thèse, Membre du jury), Ray Pascal (Président du jury de soutenance, Membre du jury), Rémond Didier (Rapporteur de la thèse, Membre du jury), Lorong Philippe (Rapporteur de la thèse, Membre du jury)
Collectivités auteurs : Université Bretagne Loire 2016-2019 (Organisme de soutenance), Université de Nantes 1962-2021 (Organisme de soutenance), Université de Nantes Faculté des sciences et des techniques (Organisme de soutenance), École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture Nantes (Organisme de soutenance)
Format : Thèse ou mémoire
Langue : français
Titre complet : Modélisation et identification du comportement dynamique des broches UGV à montages de roulements préchargés / David Noël; sous la direction de Benoît Furet ; encadrants de thèse Mathieu Ritou et Sébastien Le Loch
Publié : Nantes : Université de Nantes , 2013
Accès en ligne : Accès Nantes Université
Note de thèse : Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de l ingénieur, mécanique : Nantes : 2013
Sujets :
Broches (machines-outils) > Usinage à très grande vitesse
Roulements à billes
Rotors > Machines, Dynamique des
Excitateur électromagnétique
Thèses et écrits académiques
Documents associés : Reproduction de: Modélisation et identification du comportement dynamique des broches UGV à montages de roulements préchargés
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307 |a L'impression du document génère 198 p. 
314 |a Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur, Géosciences, Architecture (SPIGA) (Nantes) 
314 |a Autre(s) contribution(s) : Pascal Ray (Président du jury) ; Mathieu Ritou (Membre du jury) ; Didier Remond, Philippe Lorong (Rapporteurs) 
320 |a Bibliogr. p.169-174 
325 1 |a La thèse papier est la seule version officielle 
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330 |a 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. 
330 |a High Speed Machining spindles fulfill a great number of technical functions in a reduced and confined environment. In the aerospace industry, spindles have very high power and speed capabilities. The dm.N criterion, representing the criticality of the application for rolling bearings, is extremely high. It is therefore difficult to predict their coupled and complex behavior. This work aim at proposing a strictly minimal dynamic model to ease new spindle design and to optimize the cutting conditions in an industrial environment. In this context, a phenomenological approach is selected. First, a detailed model of the angular ball bearing is built. Dynamic effects on balls and macroscopic deformations of rings are included in the five degrees of freedom analytical model. A new exact analytical formulation of the stiffness matrix is proposed and validated. Then, the axial behavior of a spindle with double preload is updated. The experimental results are obtained with a new testing device designed to apply bidirectional axial loads on the spindle at any given speed. At the process s end, preload parameters are identified. More importantly new essential physical phenomena are found, enabling a better understanding of the complex and coupled axial behavior of the spindle: radial expansion of the bearing rings, the presence of a stroke limit, centrifugal axial shrinking and solid friction of preload device. Finally, an electromagnetic actuator is developed to study the three-dimensional behavior of the spindle. A time domain model of the spindle in Finite Elements is built including the complete updated bearing model. Simplifying hypotheses for the integration of the bearing model are studied. In the case of a stiff bending rotor and a high preload, a linear model of the bearing can be selected once the axial dynamic and non-linear equilibrium is reached. At the end, both numerical and experimental Frequency Response Functions are compared and analyzed. Frequency evolution and mode coupling with shaft speed are investigated thanks to the complete numerical model developed in this work. 
337 |a Un logiciel capable de lire un fichier au format pdf 
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