Dissertations / Theses on the topic 'Machines à tailler les engrenages'

On definit d'abord la valeur a donner au principal parametre de conception des engrenages pour rendre minimum les degradations d'energie lors de l'engrenement, puis on recherche une grandeur mesurable dynamiquement, liee a ces degradations d'energie, pour controler les engrenages en cours de fabrication

Une approche systématique destinée à l'analyse du rôle de défauts de forme et de montage sur le comportement dynamique d'engrenages est proposée. Les conditions de contact entre corps rigides et corps déformables sont exploitées afin de caractériser les différentes sources d'excitation du train d'engrenages. Un modèle dynamique tridimensionnel à paramètres concentrés est construit, les contacts entre flancs actifs sont supposés linéiques et sont discrétisés en segments de raideur normale constante. Les équations du mouvement et le problème de contact sont résolus simultanément grâce à une procédure originale introduisant un algorithme de contact normal unilatéral dans un schéma d'intégration numérique pas à pas. Des comparaisons avec l'expérimentation et des résultats issus de la littérature sont satisfaisantes et prouvent l'intérêt et la versatilité de la méthode développée. Le modèle est ensuite exploité afin de caractériser l'influence de défauts tels que des ondulations sur les flancs. Des erreurs de pas, des excentricités et mésalignements sur le chargement dynamique des dentures et l'erreur de transmission. Le rôle de corrections de profil est analysé, il est montré que des corrections longues peuvent améliorer le comportement dynamique d'engrenages droits et hélicoïdaux parfaits sur une certaine gamme de charges transmises. Ce gain peut être remis en cause par des défauts inévitables et les déflexions élastiques du système d'engrenages
A systematic approach for analyzing the contribution of shape deviations and mounting errors on gear dynamics is proposed. Co1_1tact conditions for bath rigid and deformable solids are used for defining the excitations of the gear unit. A three dimensional lumped parameter non linear dynamic model with a foundation model for tooth contacts is set up. The contact problem and the equations of motion are simultaneously solved using an original iterative method combining a time step integration and a normal contact algorithm. Comparisons with some experimental evidence and several results of the literature illustrate the interest and the versatility of the procedure. The model is sued for characterizing the influence of shape defects and mounting errors such as flank undulations, tooth spacing errors, eccentricities and misalignment on tooth loads and transmission errors. The role of tooth profile modifications is carefully analyzed, it is demonstrated that long reliefs can substantially improve spur and helical gear dynamic behavior on a given load range. Finally, it is shown that inevitable defects and det1ections of the geared unit may strongly reduce the expected gain in dynamic transmission error

Dans le cadre du développement des engrenages à courbes primitives non circulaires SPILOG, l'étude réalisée concerne l'équilibrage du mouvement de rotation d'un moteur diesel monocylindrique afin d'augmenter sa régularité de fonctionnement à certains régimes et de diminuer sa vitesse de ralenti, ceci sans accroître l'inertie du volant moteur. L'équilibrage est réalisé par un volant d'inertie entraîné par le moteur au moyen d'un engrenage à courbes primitives non circulaires. Pour déterminer les courbes primitives de l'engrenage et le moment d'inertie du volant, il a été nécessaire de modéliser le couple moteur et le couple de frottement instantanés. Un montage d'essai a été réalisé. Les évolutions mesurées de la vitesse instantanée en fonction du temps sont différentes des évolutions prévues, essentiellement sur la moitié du cycle correspondant à la phase de combustion―détente, en raison de l'apparition d'oscillations amorties d'amplitudes importantes. Ce phénomène peut être interprété comme dû au comportement vibratoire en torsion de la ligne d'arbre du mécanisme. Les essais effectués font apparaître une diminution significative de la vitesse minimale du moteur. L'étude des performances du système à différents régimes est effectuée à l'aide d'un modèle numérique qui met en évidence l'intérêt de ce dispositif d'équilibrage le coefficient d'irrégularité est considérablement réduit au voisinage de la vitesse d'équilibrage, sans pour autant que le moment d'inertie total (rapporté au vilebrequin du moteur) du système équilibré dépasse celui du moteur non équilibré

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches
Because measurands are perfectly defined in standards, Coordinate Measuring Machines (CMM) accreditation is possible for gears provided measurements uncertainties are assessed. In accordance with the Guide to the expression of Uncertainty in Measurement (GUM), our work is mainly based on the Monte Carlo method and linear or circular error separation techniques to differentiate defaults and quantify associated measurements uncertainties. Analysis of the CMM geometry effect on a circular ring or gear measurement shows that it is impossible to characterize completely the CMM geometry with a part supposed to be perfect. However, we set up a concept of “Equivalent defaults” characterizing the CMM geometry for the theoretical definition of the studied part. The probing systems used were assessed in order to compensate the identifiable systematic defaults and quantify associated uncertainties. Based on the example of a cylindrical gear, three different approaches are compared: the analysis of the CMM metrological characteristics, by error separation method and by comparison. This contribution in term of uncertainties measurements has numerous applications; for example the study of penetration rates and wear volumes of explanted total hip prostheses

Depuis une dizaine d'années, plusieurs méthodes de traitement du signal vibratoire ont été développées pour le diagnostic des machines tournantes en régime stationnaire. Or, de plus en plus de machines sous surveillance fonctionnent en régime variable telles que les éoliennes, les concasseurs, etc... Les méthodes développées pour la surveillance et le diagnostic de ces machines en régime stationnaire ne sont plus adaptées en régime variable. Certains outils proposés pour le régime variable sont limités à des applications bien spécifiques ou offrent un cadre théorique qui limite leur utilisation dans les situations réelles. Le but de cette thèse est justement de pallier ces limitations, et ce, en proposant une nouvelle approche permettant d'analyser les signaux vibratoires acquis en régime variable. La stratégie mise en oeuvre dans cette thèse repose sur une modélisation du signal vibratoire dans l'espace d'état et une estimation H∞ des grandeurs caractéristiques de l’état de fonctionnement de la machine. Tout d’abord, nous avons décrit le signal vibratoire dans l'espace d'état grâce à une projection de l'enveloppe de chaque composante fréquentielle du signal sur la base canonique orthogonale. Ensuite, nous avons proposé une estimation de l’enveloppe. Cette approche d'estimation repose sur une optimisation minimax et consiste à minimiser le maximum de l'erreur d'estimation sans faire d'hypothèse sur la nature statistique des bruits du modèle d'état. Cette stratégie a conduit à ce que nous avons appelé dans cette thèse ‘estimateur BCOH∞’. La nouvelle approche proposée a été appliquée à des signaux synthétiques et expérimentaux pour le diagnostic de l’état des engrenages et des roulements en régime variable
Over the past ten years, several vibration signal-processing methods have been developed for the diagnosisof stationary rotating machines. However, more and more machines under surveillance operate in variable speed condition such as wind turbines, crushers, etc... The methods developed for the monitoring and diagnosis of these machines in steady state are no longer suitable for variable regimes. Some tools proposed for the variable regime case are limited to specific applications or offer a theoretical framework that limits their use in real situations. The purpose of this thesis is precisely to overcome these limitations, and this, by proposing a new approach to analyse the vibration signal acquired in variable regime. The strategy implemented in this thesis is based on a modelling of the vibration signal in the state space and an estimation H∞ of the characteristic quantities of the operating state of the machine. First, we described the vibration signal in the state space through a projection of the envelope of each frequency component of the signal on the orthogonal canonical basis. Then we proposed an estimate of the envelope. This estimation approach is based on a minimax optimization and consists of minimizing the maximum of the estimation error without making any assumptions about the statistical nature of the state model noise. This strategy ledto what we called in this thesis 'BCOH∞ estimator'. The proposed new approach has been applied to synthetic and experimental signals for the diagnosis of gears and bearings condition in variable speed

Le monde de l'industrie et le monde des transports disposent de machines et d'installations de plus en plus performantes. Les exigences d'exploitations donnent à la maintenance une rôle prépondérant. Elle doit permettre de n'intervenir qu'en présence d'éléments défectueux, de fournir un diagnostic fiable et facilement interprétable. Ce travail a permis de fournir des éléments supplémentaires concernant le diagnostic de transmission de puissance à engrenages dans le cas de défauts combinés d'engrenages et de roulements. A partir d'un modèle expérimental de réducteur simple étage, des défauts d'engrenages et de roulements ont été simulés. Les grandeurs physiques mesurées pour différentes conditions de fonctionnement étaient l'erreur de transmission, ainsi que les accélérations recueillies sur trois paliers différents. L'analyse de ces données a permis de conclure que l'analyse spectrale et cesptrale du signal enveloppe des accélérations était un outil de diagnostic des roulements quelles que soient les conditions de fonctionnement et l'état des autres organes mécaniques. D'autre part, il a été montré que seules les accélérations mesurées à proximité du roulement à surveiller étaient distinctement porteuses de la signature de l'avarie. Concernant les engrenages, il est connu que l'analyse des accélérations au palier est efficace pour leur diagnostic. Cependant, il a été montré que ce résultat n'est valable qu'en cas de roulements sains. Dans le cas contraire, le signal d'erreur de transmission s'avère être un outil supplémentaire, représentatif de l'état des engrenages. Ces différents résultats ont abouti à l'établissement d'une démarche de diagnostic pour la surveillance de transmissions de puissance à engrenages. D'autre part, nous avons abordé le problème de l'automatisation de diagnostic par l'utilisation de réseaux de neurones. Ceux-ci sont efficaces pour l'automatisation d'une démarche préétablie, mais aussi pour l'optimisation des paramètres d'identification d'avaries recherchées
Machinery used in industrial and transport domains have to be more and more efficient. So, the maintenance of such systems is very important. Interventions must only happen in presence of real damage, and the diagnostic must be reliable and easy to read. This work gave a new elements about the diagnostic of gears power transmissions in case of combined faults of gears and bearings. Gear and bearing faults have been artificially created on an experimental set-up. Transmission error and the bearings accelerations were measured for different operating conditions. Result analysis showed that accelerations envelope signal is an efficient tool for bearings diagnostic, for all operating conditions even in the presence of other defective mechanical components. Moreover, we showed that only accelerations measured in the vicinity of the defective bearing produce a significant pattern of fault presence. According to literature, accelerations analysis produce reliable information about gears health. Yet, we showed that such results are only valid in the case of bearings without any fault. In the presence of simultaneous bearing and gear faults, the transmission error appears as an useful tool giving supplementary information about the gear faults. The obtained results and the established indicators lead to an efficient diagnostic process applied on gear power transmission systems. Moreover, automation of maintenance preventive has been assessed, using neural networks, the used approaches seem to be efficient for the automation procedures, and provides a powerful tool for the optimisation of established indicators

Les pertes de puissance dans les transmissions par engrenages grandes vitesses peuvent être importantes et doivent être prises en compte dès la conception afin de dimensionner au mieux les systèmes de refroidissement et d'éviter la rupture du mécanisme du fait des dilatations thermiques. Il est généralement admis que les principales dissipations d'énergie sont dues au frottement entre les dents, au procédé de lubrification (barbotage ou jet d'huile), au piégeage d'un mélange air-huile durant l'engrènement et à la ventilation de la denture. L'objectif du travail présenté est d'une part de développer différents modèles pour mieux évaluer chacune des pertes, modèles validés sur plusieurs bancs d'essais, d'autre part d'analyser le rendement et les pertes attendues de quatre transmissions à engrenages
Power losses in high-speed gears can be significant and must be taken into consideration at the design stage in order to define the cooling systems, and to avoid mechanism failures due to thermal distortions. It is generally accepted that the total power loss in gears can be decomposed into the contributions of the friction between the teeth, the lubrication process (oil splash or jet), the trapping of air-oil mixture during meshing and finally, tooth windage. The purpose of this work is twofold; on the one hand, to develop various validated models in order to analyse the contribution of each power loss source and, on the other hand, to calculate the efficiency and the expected power losses of four different geared transmissions

Cette thèse s'inscrit dans le domaine des nanosciences. Ce manuscrit présente les travaux réalisés dans le but de mieux comprendre les mouvements de rotation et de translation enregistrés au sein de molécules lorsque celles-ci sont manipulées à l'échelle de la molécule unique. Nous avons tout d'abord étudié la dissymétrisation du stator (partie inférieure du moteur) par deux groupements biphénylènes. Ce fragment a été choisi par analogie avec le sexiphényle qui peut se déplacer sur une surface dans un mouvement analogue à une reptation, les deux groupements biphénylènes devant permettre à la molécule de se déplacer sur une surface via l'excitation par la pointe STM. Dans cette synthèse, l'intermédiaire bipodal incorporant les biphénylènes a été obtenu, mais la troisième sous-unité indazole n'a pas pu être intégrée pour conduire au tripode dissymétrique. Inspiré du design du moteur moléculaire préparé précédemment dans l'équipe, nous avons ensuite étudié la dissymétrisation du rotor (partie supérieure du moteur) par un marqueur azoté pour faciliter le suivi de la rotation du rotor lorsque celle-ci est induite par l'action de la pointe du STM. Le but est d'utiliser ce rotor à cinq pales comme roue crantée, d'en aligner plusieurs comme des trains d'engrenage et d'induire le transfert de rotation d'une molécule à sa voisine. La dernière partie de cette thèse présente la synthèse d'une nouvelle famille de rotors basée sur l'architecture de complexes de type 'double-decker'. La partie supérieure est constituée d'un ligand porphyrine portant un fragment donneur et un fragment accepteur afin d'obtenir une molécule possédant un dipôle permanent estimé à 8 Debye pour contrôler sa rotation par le champ électrique induit par la pointe STM. Ce rotor est supporté par une naphtalocyanine d'europium afin que le rotor n'interagisse pas avec la surface. Ainsi, un complexe hétéroleptique d'europium a été synthétisé et entièrement caractérisé. Les molécules ont été étudiées à l'état de monocouche sur du Cu(111) à 80 K et à l'échelle de la molécule unique sur de l'Au(111) à 5 K à l'aide d'un STM sous ultra-vide. Des comportements d'interrupteur, de rotation libre ou synchronisée ont pu être mis en évidence en fonction de la tension du courant tunnel
This thesis contributes to the field of nanosciences. This manuscript reports the work achieved in order to better understand the rotational and translational motions observed in molecules while those are manipulated as single molecular machines. We first studied the dissymmetrization of the stator (lower anchoring part of the motor) by means of two biphenylene moieties. These fragments were selected to reproduce the behavior of sexiphenyls that can easily move on a surface with the motion analogue to a crawling. Therefore, biphenylenes were designed to allow the molecule to drift in a linear way on the surface using the excitation from the STM tip. In this synthesis, we succeeded to obtain the bipodal bearing two biphenylene moieties. The third indazole subunit could not be added to form the desired dissymmetric stator. Starting from the initial design of the molecular motor previously developed in the group, the first goal of this work was to dissymmetrize the rotor (upper rotating part of the motor) by introducing a nitrogen tag with the purpose of being able to visualize the rotation while this latter is induced by the tip of the STM. The obtained rotor bearing five arms will be used as gears to study the transfer of rotation from one to his neighbours. The last part of this work consists in the development of a new family of rotors based on the double-decker architecture. The upper rotating part is a porphyrin ligand displaying electron donating and withdrawing moieties resulting in a strong dipolar moment with an estimated value of 8 Debye. This unique asset can be used in order to control their rotation by applying an STM tip-induced electric field. This rotor is supported on an europium naphthalocyanine fragment which disables the strong interaction between the rotor and the surface. Thus, an europium heteroleptic double-decker was synthesized and fully characterised. Double-deckers have been studied as monolayers on Cu(111) at 80 K and as single molecule on Au(111) at 5 K using an ultra high vacuum STM. Switching as well as free and synchonised rotational behaviors have been evidenced using different values of bias voltage

L'objectif de cette thèse est l'analyse vibratoire et celle d'émission acoustique (EA) des engrenages dans les machines tournantes pour le diagnostic de leur état de fonctionnement mécanique. Dans une première partie, nous nous intéressons au potentiel de l'EA en fournissant une comparaison avec les vibrations. Nous montrons la complémentarité entre les deux techniques pour avoir un diagnostic fiable. Des descripteurs simples sont testés tels que le kurtosis. Dans une deuxième partie, une modélisation générique des signaux d'engrenages est proposée. Cette modélisation vise à démontrer la cyclostationnarité aux ordres supérieurs des signaux d'engrenage. Nous explicitons ensuite la théorie du bispectre cyclique, outil statistique à l'ordre trois. A la fin, nous proposons des indicateurs de cyclostationnarité concis et utiles au diagnostic. Des applications aux signaux vibratoires de machines tournantes sont détaillées
The aim of this thesis is vibration and Acoustic Emission (AE) analysis in rotating machinery for monitoring and diagnosis of their gear fauIts. The first section is concerned with the potential of the AE technique by giving a comparison with vibrations. We show the complementarity between the two techniques to give a better diagnosis. Simples descriptors are extracted as kurtosis. The second part is more concerned with a generic modelling of geaI signaIs. This modelling helps to demonstrate the higher order cyclostationarity of gear signàls. We expose after the theory of cyclic bispectrum, third-order statistical too1. We propose at the end simple and concise cyclostationary indicators. Several applications to industrial gear signaIs are illustrated

L'objectif de ce travail est de modéliser et d'analyser le comportement du réducteur sain et en présence de défauts. Ce réducteur fait partie d'une charge mécanique couplée à un entraînement asynchrone à vitesse variable, la finalité étant de détecter et de localiser ses défauts à partir des courants d'alimentation de la machine qui l'entraîne. La première partie définit les notions liées à la thématique "Surveillance et Diagnostic des Systèmes Electromécaniques", et établit un état de l'art sur les défauts liés à ces systèmes ainsi que les différentes approches utilisées pour leur détection et leur localisation. Une seconde partie consiste à modéliser et à simuler le fonctionnement sain du dispositif retenu. Une attention particulière est portée sur la modélisation du comportement dynamique du réducteur. Une modélisation des défauts envisagés à l'étude est proposée. L'influence des défauts sur le comportement du système électromécanique, et plus particulièrement sur les courants statoriques, est alors effectuée. La troisième partie s'intéresse à l'analyse spectrale du "courant statorique". L'influence des paramètres de calcul de cette analyse est prise en compte pour conclure à un calcul fiable des composantes fréquentielles qui existent dans ce courant. Cette analyse mène à une caractérisation des défauts par des signatures spectrales issues du courant, et ce à partir d'une comparaison entre le fonctionnement sain du système, pris comme état de référence, et son fonctionnement en mode dégradé. La dernière partie de ce travail est consacrée à la validation expérimentale [. . . ]

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la surveillance des machines tournantes en régime non stationnaire et plus particulièrement la détection des défauts de roulement. Il se focalise sur la modélisation et l'analyse des variations de la vitesse de rotation instantanée. Les modèles numériques développés s'appuient sur une approche originale dite " angulaire " qui introduit explicitement les degrés de rotation libres de la machine et permet de s'affranchir de condition de fonctionnement en régime stationnaire. Un modèle de roulement à billes à gorge profonde a été développé couplant les efforts de contact normaux et tangentiels grâce à l'introduction du phénomène de résistance au roulement. Ce couplage permet d'expliquer l'origine des fluctuations de vitesse de rotation en présence de défaut de bague extérieure, phénomènes constatés expérimentalement : la présence d'un défaut sur une bague modifie périodiquement le couple de frottement. La modélisation de la liaison par engrenages est plus classique, la problématique a été de s'assurer qu'elle était compatible avec l'approche angulaire utilisée dans ces travaux. Le couplage des éléments de roulement et d'engrenage dans un modèle simple a montré que la présence de défauts de roulement provoque des variations des efforts radiaux ce qui modifie les efforts d'engrènement et en conséquence perturbe également la vitesse de rotation. Un modèle simplifié d'une éolienne a été réalisé et utilisé pour tester et valider des indicateurs spectraux de surveillance en conditions de fonctionnement non stationnaires. La comparaison avec des mesures expérimentales issues d'une éolienne a montré la robustesse du modèle. Il peut donc être exploité comme un outil d'analyse phénoménologique et de test d'indicateurs de surveillance. Il a par exemple permis de montrer l'importance des conditions de fonctionnement (charge et vitesse) sur le niveau des indicateurs utilisés en surveillance. Si besoin, les développements proposés peuvent être étendus sans difficulté à des modèles plus complexes de roulements, d'engrènements et de structures d'accueil de ces éléments technologiques
This work has been developed within the framework of non-stationary rotating machinery surveillance with emphasis on the detection of roller bearing defects. It focuses on the modeling and analysis of instantaneous angular speed variations. The numerical models developed are based on an ``angular" approach which introduces explicitly the machine's free body rotation degrees of freedom allowing simulations in non stationary operating conditions. A deep groove ball bearing model has been developed coupling tangential and normal forces by taking into account the rolling resistance phenomenon. This coupling allows to explain the origin of angular speed fluctuations in the presence of outer race roller bearing defects, phenomena that has been observed experimentally: a roller bearing defect periodically modifies the friction torque. The description of the gear mesh has been performed by means of a classic approach where the scientific issue has been to verify the compatibility with the angular modeling, cornerstone of this dissertation. Integration of the roller bearing and the gear modeling approaches into a simple mechanical architecture has shown that the presence of bearing defects provoking variations in the rolling element-races normal forces, modifies the gear mesh forces leading to perturbations of the angular speed. A simplified wind turbine model has been used for the test and validation of non stationary surveillance spectral indicators. The robustness of the model has been shown by means of a comparison with measurements performed on a wind turbine. It has allowed to show the importance of the operating conditions (load and speed), on the level of indicators used. This means the model may be used as a tool for phenomenological analyses as well as a device to test surveillance indicators. If needed, the approaches presented may be easily extended into more complex models of bearings, gears, casings and foundations

La nitruration gazeuse est utilisée par les fabricants d’engrenages pour traiter la surface des dentures. En effet, l’augmentation de la dureté et l’introduction de contraintes résiduelles de compression contribuent à retarder voire inhiber l’initiation et la propagation des fissures superficielles de fatigue de contact. Cependant la majorité des aciers alliés présentent des réseaux de précipités de carbures dans la couche nitrurée. Ceux-ci ont la particularité de se retrouver aux joints de grains relativement parallèles à la surface, ce qui leurs ont attribué les surnoms de «liserés de carbures». Associés à une phase dure et fragile, ces carbures constituent des zones d’hétérogénéités. Par ailleurs, la norme pour la qualité des matériaux d’engrenages autorise une large gamme de tailles de grains, conduisant à diverses microstructures pour les couches nitrurées des aciers alliés. En effet, la morphologie des réseaux de carbures après nitruration dépend entre autres de la taille de grain de l’acier. De par le manque de travaux sur l’impact réel de ces précipités sur la fatigue de contact, la présente étude propose des analyses d’essais. Les essais consistent à reproduire de l’écaillage initié en surface sur des éprouvettes dont les couches nitrurées, issues d’un seul traitement thermochimique, présentent les mêmes propriétés mécaniques (dureté et contraintes résiduelles) mais différentes propriétés microstructurales (tailles de grains et morphologies de carbures). Les analyses ont permis de proposer des mécanismes d’initiation de micro-fissures induites en proche surface sous les conditions d’essai appliquées. Les sites d’initiation dépendent de la taille de grain de l’acier et peuvent en particulier s’établir au niveau des carbures intergranulaires. L’étude des réseaux de fissures couplée à l’analyse des contraintes résiduelles a permis d’établir des scénarii de propagation des fissures dans les couches nitrurées. Sous les conditions de contact appliquées, l’apparition de déformation plastique entraîne, par accommodation des variations de volume, la relaxation des contraintes résiduelles compressives initialement présentes dans le matériau, aux profondeurs les moins sollicitées. Ces contraintes étant moins compressives, elles libèrent les micro-fissures déjà présentes en proche surface. Dès lors, la propagation au travers des carbures qui s’apparentent à des sites privilégiés pour la croissance des fissures en cours de fatigue est possible. En particulier, ces précipités entraînent les fissures vers le cœur lorsqu’ils sont en forte densité dans les couches nitrurées, tandis que l’endommagement reste superficiel lorsque l’éloignement entre les précipités est trop important. Enfin, la continuité et la longueur des carbures augmentent localement la vitesse de propagation des fissures. Ceci se traduit par l’apparition plus rapide de l’écaillage initié en surface pour les couches nitrurées de microstructures grossières
Gas nitriding is a thermochemical surface treatment widely used by gear manufacturers to improve the rolling contact fatigue endurance of their components. Indeed, increasing the hardness and introducing compressive residual stresses to the geartooth surfaces inhibit or delay crack initiation and propagation. However, most of the alloyed steel nitrided layers show the presence of intergranular carbide networks. The precipitation of these carbides specifically occurs at parallel grain boundaries during the treatment and, being a carbon-rich phase, they are associated to tough and fragile heterogeneities. Besides, standards for gear material quality recommend a broad range of steel grain sizes which lead to various possible microstructures on gear components after nitriding. Indeed, the intergranular carbide network morphology depends on the steel grain size. Since there is no evidence regarding the real effect of the carbides on rolling contact fatigue, this work presents experimental investigations carried out on a twin-disc machine. The tests consist in reproducing surface-initiated pitting on specimens whose nitrided layers, obtained by a unique thermochemical surface treatment, display similar mechanical properties (hardness and compressive residual stresses) but different microstructures (grain sizes and carbide network morphologies). The first analysis resulted in suggesting the micro-crack nucleation mechanisms. In this study, the test conditions were chosen to induce these micro-cracks near the disc surfaces. For a given contact stress field, nucleation sites depend on the steel grain size and can take place at intergranular carbides. Investigations of crack networks led on cross sections and 3D observations by means of high energy X-ray computed tomography, coupled with compressive residual stress evolution analysis, help the authors proposing the rolling contact fatigue crack propagation scenarios in nitrided layers. When contact shear stresses locally exceed the material micro-yield shear stress limit, micro-deformations arise and add compressive residual stresses to the treated layers. To accommodate these volume variations the compressive residual stresses, initially induced by nitriding, release at depths where contact stresses are lower. The pre-existing residual stresses being less compressive, micro-cracks near the surface can propagate through the carbides that act as preferential crack growth sites. When the nitrided layers display high carbide density, the intergranular precipitates drag the cracks toward the core, whereas rolling contact fatigue failures are limited to the near surface when the distance between the precipitates is too important. Finally, the length and the continuity of the carbides, linked to the steel grain size, locally increase the crack propagation speed. This gives rise to a lower endurance to surface-initiated pitting in coarse microstructures

Dans le cadre d’une maintenance préventive de ses moteurs, Safran Aircraft Engines souhaite compléter ses opérations de diagnostic par un pronostic fiable de la durée de vie résiduelle des roulements. Suite à une agression, il y a actuellement une grande incertitude sur la durée de vie restante avant défaillance du roulement à partir du seuil d’observabilité vibratoire de l’endommagement. Les algorithmes actuels diagnostiquent un stade de dégradation approximatif et génèrent des messages d’alarme de différents niveaux, chaque niveau correspondant à un stade de dégradation différent, mêlant confiance et sévérité du diagnostic. Un aspect important du pronostic est la prise en compte des paramètres contextuels influant sur la vitesse de dégradation. Les objectifs de cette thèse sont de disposer de méthodes et d’outils permettant de quantifier un temps de fonctionnement restant avant défaillance de roulement en regard : - de la gravité de l’endommagement détecté, - des conditions environnementales de fonctionnement, - de la profondeur de pronostic souhaitée, Les contraintes industrielles associées à ces objectifs sont les suivantes : 1) Le pronostic devra être basé, a minima, sur des mesures vibratoires hautes fréquences de quelques kHz (accéléromètres ou microphones), des données contextuelles (les régimes de rotation des différents rotors, par exemple, ou encore les amplitudes des niveaux pilotés sur les régimes de rotation, révélateurs d’un chargement des paliers) 2) .Constituer une base de données d’essais issus d’un plan d’expériences : ces essais devront tenir compte des contraintes liées à la maîtrise des paramètres jugés significativement influents 3) Cette base de données devra prendre en compte la représentativité de l’environnement vibratoire d’un moteur d’avion. 4) Proposer un outil ou une méthode de pronostic en tenant compte de la nature du roulement à considérer
As part of preventive maintenance of its engines, Safran Aircraft Engines wishes to complete its diagnostic operations with a reliable prognosis of the residual life of the bearings. Following an attack, there is currently a great deal of uncertainty about the remaining life before bearing failure from the threshold of vibrational observability of the damage. Current algorithms diagnose an approximate stage of degradation and generate alarm messages of different levels, each level corresponding to a different stage of degradation, combining confidence and severity of diagnosis. An important aspect of the prognosis is the taking into account of the contextual parameters influencing the rate of degradation. The objectives of this thesis are to have methods and tools to quantify a running time remaining before bearing failure with regard to: - the severity of the damage detected, - the environmental conditions of operation, - the depth The industrial constraints associated with these objectives are as follows: 1) The prognosis should be based, at least, on high-frequency vibratory measurements of a few kHz (accelerometers), contextual data (the rotational speeds of the different rotors, for example, or the amplitudes of the levels piloted on them), rotation regimes, revealing a loading of the bearings) 2). Constituing a database of tests resulting from a plan of experiments: these tests will have to take into account the constraints related to the control of the parameters considered to be significantly influential 3) This database must take into account the representativity of the vibratory environment of an aircraft engine. 4) Propose a tool or method of prognosis taking into account the nature of the bearing to consider

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches.