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La détection dynamique de l’endommagement multiple d’engrenages - Par : Oliverio Velazquez,

La détection dynamique de l’endommagement multiple d’engrenages


Oliverio Velazquez
Oliverio Velazquez Profil de l'auteur(e)
Oliverio Velázquez est doctorant au département de génie mécanique à l’ÉTS. Il est ingénieur diplômé des ponts et chaussées (France). Sa recherche porte sur le BWB et ses performances aérodynamiques.
Programme : Génie mécanique 

Note de l’éditeur

Le texte qui suit est l’un des articles finalistes du concours « Des auteurs qui ont du génie » organisé par SARA et Substance ÉTS. C’est un résumé vulgarisé d’un article intitulé : Early Diagnostic of Concurrent Gear Degradation Processes Progressing under Time-Varying Loads, coécrit par Raynald Guilbault, professeur au Département de génie mécanique de l’École de technologie supérieure (ÉTS).

Limitations des modèles de suivi des entraînements par engrenages actuels

Les transmissions par engrenages sont des outils généralement utilisés dans la plupart des industries automatisées pour manufacturer des biens (usines et milieux industriels) ou fournir des services (voitures, trains, etc.). Presque toutes les machines à pièces mobiles utilisent des systèmes d’engrenages qui aident à changer la vitesse et la direction du mouvement résultant. C’est pourquoi, la précision et la fiabilité des engrenages sont d’une importance fondamentale et des méthodes de diagnostic de détérioration appropriés sont nécessaires pour prédire avec exactitude à la fois le déclin de performance et la défaillance de ces machines.

Une approche novatrice de prévision adaptative basée sur des charges variant dans le temps a été développée à l’ÉTS. Cette nouvelle approche résout les problèmes des modèles d’évaluation antérieurs qui ne peuvent que mesurer la déformation « telle quelle » en comparant une certaine variable à son seuil de référence pour un type de défaut donné. Les méthodes de prévision actuelles reposent sur l’hypothèse que tout écart par rapport au comportement attendu est causé par le phénomène de dégradation — sans tenir compte, par exemple, de la variabilité et de la fréquence des chargements. Quelques travaux similaires ont été effectués sur des modèles de chargements dépendant du temps, mais la méthode actuelle offre la possibilité d’analyser plusieurs types d’endommagement simultanés avec la même procédure de suivi.

La méthode proposée permet de surveiller adéquatement la dégradation des engrenages

Une section transversale de boîte à engrenages et d’embrayage

Le modèle proposé

Le modèle de dégradation dynamique proposé introduit la mécanique linéaire de la rupture dans des simulations non linéaires du comportement dynamique d’un ensemble d’engrenages droits. Il gère les interactions entre le mouvement de transmission, la lubrification et la propagation de multiples fissures sur les flancs actifs de denture (TFC) ainsi que le contact étendu à la denture (les contacts des dents qui ont lieu avant et après la ligne de conduite théorique). En outre, l’usure de surface est exprimée comme une fonction de l’énergie de frottement et liée ultimement aux angles d’inclinaison aux points primitifs et de contact.

La méthode de suivi proposée est fondée sur la comparaison entre la réponse dynamique d’un système et un signal de réponse de référence — habituellement, mais pas nécessairement, le signal d’un système « sain ». En soustrayant le signal de référence du signal de réponse, le signal de vibration résiduel (RS) — écart par rapport à la référence — peut être mesuré. L’une des approches innovantes de cette méthode est que, pour éviter les problèmes de synchronisation de temps habituel entre les deux signaux, le problème est transféré vers l’espace spectral (l’espace de transformation de Fourier) où les deux phases des signaux sont alignées selon un élément commun dominant comme la fréquence d’engrènement. Après avoir soustrait les composants de référence, la nouvelle erreur de transition dynamique (DTE) « spectrale » est retransformée vers le domaine temporel.

la méthode du professeur Guilbault peut peut analyser plusieurs types d’endommagement d' engrenages simultanés

Un mécanisme de montre

Le modèle étendu aux dommages de surface

En outre, afin de considérer différents types de dommages, un modèle antérieur mis au point pour les dommages TFC est étendu afin de prendre en compte la perte d’énergie locale causée par d’autres sources de déformation — comme l’usure de surface — ainsi que les amplitudes de chargement. Ceci est réalisé par : 1) la mise en place d’un seuil empêchant toute valeur négative de RS; et 2) l’ajout d’un facteur de mise à l’échelle de charge non linéaire pour tenir compte des différences d’amplitudes de chargement par rapport à la charge de référence. Afin de réduire les conséquences des oscillations restantes liées aux variations de charge, la méthode propose une étape de filtrage avant l’évaluation de la déformation. Ces filtres s’avèrent extrêmement efficaces pour la mesure globale de l’endommagement progressif. Au moment de la brisure d’une dent, le signal résiduel présente de fortes perturbations, mais, après cet épisode, le système est en mesure de continuer le suivi de l’usure en cours.

Résultats

Les simulations effectuées sur des charges constantes, cosinusoïdales, linéaires et aléatoires montrent que cette stratégie de diagnostic fournit un suivi précis des mécanismes de dégradation différents, opposés et coexistants avant, pendant et après la défaillance, qui, s’il est relié à un système de surveillance intégré, pourrait adéquatement détecter et surveiller la dégradation des systèmes de transmission mécanique.

Information supplémentaire

Pour plus d’information sur cette recherche, consulter l’article de référence suivant : Guilbault, R. et S. Lalonde. 2016. « Early Diagnostic of Concurrent Gear Degradation Processes Progressing under Time-Varying Loads ». ScienceDirect, vol. 76-77, 1er août 2016, p. 337‑352.

Oliverio Velazquez

Profil de l'auteur(e)

Oliverio Velázquez est doctorant au département de génie mécanique à l’ÉTS. Il est ingénieur diplômé des ponts et chaussées (France). Sa recherche porte sur le BWB et ses performances aérodynamiques.

Programme : Génie mécanique 

Laboratoires de recherche : TFT – Laboratoire de thermofluide pour le transport 

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