Academic literature on the topic 'Roulement à rouleaux'

Les vis à rouleaux satellites (VAR) équipent certains actionneurs électromécaniques du secteur aéronautique, et permettent de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation. Ces systèmes sont constitués d’aciers inoxydables martensitiques trempés, et sont habituellement lubrifiés à la graisse. Comme pour beaucoup d’autres pièces de roulement, l’adhésion-grippage peut survenir bien avant la durée de vie théorique calculée en fatigue de roulement. La charge actionnée par la vis est portée par un ensemble de contacts entre les filets de la vis, des rouleaux et de l’écrou. Chaque contact peut être décrit comme un contact de type ellipsoïde sur plan soumis à de fortes pressions de contact (3-4 GPa), et à une cinématique de roulement associée à une composante de glissement transverse (jusqu’à 10 % de taux de glissement). L’objectif de la thèse est de comprendre les mécanismes d’endommagement dans les VAR, d’étudier l’influence des paramètres de design et d’utilisation sur ces mécanismes au travers de paramètres tribologiques, et de proposer une ou plusieurs solutions permettant d’améliorer le comportement et la durée de vie. Le contact est simulé expérimentalement par un galet torique en roulement sur un disque plan. Un tribomètre rotatif est utilisé pour reproduire la cinématique de contact avec un glissement perpendiculaire au roulement. L’effort tangentiel transverse lié au glissement est mesuré, ainsi que la vitesse de roulement du galet. Une caméra et un microscope installés au-dessus du disque permettent de réaliser un film image par image de l’évolution de la piste usée au cours des essais. Le comportement du contact acier / acier sans lubrification est d’abord étudié, et montre une usure adhésive catastrophique dès les premiers cycles. Plusieurs aspects du comportement en contact lubrifié à la graisse sont alors étudiés, en particulier les mécanismes d’alimentation spécifiques liés au glissement transverse, ainsi que les degrés d’instabilité de la sous-alimentation qui peuvent être cartographiés en fonction des paramètres d’entrée (pressions, vitesse, taux de glissement). Un revêtement couche mince du type WC/C est également étudié en remplacement de la graisse. L’étude de son comportement montre une étape de rodage importante puis une phase de bas frottement, qui se termine par une phase d’endommagement par usure abrasive. Un endommagement secondaire du revêtement lié à la fatigue de contact a également été identifié, et les conditions de son apparition par rapport aux conditions de sollicitation ont été cartographiées. L’analyse des résultats expérimentaux obtenus permet de proposer des pistes pour le design et le choix des matériaux pour améliorer le comportement et la durabilité des VAR
The planetary roller screw (PRS) mechanism is used in the aeronautics industry for electro-mechanical actuators application. It transforms a rotational movement into a translation movement, and it is designed for heavy loads. The main components are made of martensitic stainless steels, and lubricated with grease. Like most usual rolling mechanisms, smearing and jamming can occur before the theoretical fatigue lifetime, especially in poor lubrication conditions. The actuated load is carried by small contacts between the threads of the screw, the rollers and the nut. The static single contact can be described as an ellipsoid on flat contact with high contact pressure (3-4 GPa). The motion consists of rolling with spin associated with side slip (up to 10 %). The aim of this PhD work is to investigate the wear behavior for different operating and design parameters of PRS such as load, speed, slip ratio, lubrication and material structure, in order to improve behavior and lifetime of PRS. The contact is experimentally simulated by a free rolling roller loaded on a rotating disk. A specific tribometer is used to create a contact with a side slip component, i.e. perpendicular to the rolling direction. The roller rolling speed and the tangential force generated by the slip ratio are measured. Also, an optical device is set on the tribometer to make a film of the evolution of the track outside of the contact. Steel on steel wear behavior is first presented. Then, several aspects of the greased lubricated contact are studied such as the feeding mechanisms related to the specific kinematics, and susceptibility to smearing in relation with tests input parameters. The feeding mechanisms are mapped as a function of input parameters (contact pressure, rolling speed, and sliding ratio). The wear behavior of hard carbon-based coatings with and without grease is also investigated. It shows good performance for the roller-screw application. The coating lifetime is governed by a three-body wear mechanism, but the experiments also reveal a progressive cracking in the rolling direction, i.e. perpendicular to the sliding direction. Lastly, a wear mode map is proposed to illustrate the competition between the two damage modes depending on the tests input parameters. The analysis of experimental results allows us to propose ways to improve the design and the selection of materials in order to increase the behavior and the durability of PRS

Les roulements à rouleaux coniques présents dans les roues d’aéronefs sont fortement sollicités lors des phases où l’avion est en contact avec le sol. Leur dimensionnement et intégration dans la roue requièrent donc une attention particulière. Cette thèse explore notamment les risques liés à la rotation de la bague externe d’un roulement à rouleaux coniques dans son logement lorsqu’il est soumis à un chargement thermique transitoire provenant du frein. En effet, ces roulements sont montés avec un ajustement serré dans le logement. De plus, lors de cas de chargements mécaniques sévères comme un virage de l’avion sur la piste, les efforts internes du roulement peuvent générer un couple de frottement élevé. Ainsi, sous un chargement thermique spécifique et en raison des coefficients de dilatation thermique différents entre la bague et le logement, une perte de serrage peut se produire et entraîner une rotation relative entre la bague externe et le moyeu de la roue dans laquelle le roulement est monté. Ce phénomène de glissement dégrade les performances du roulement et peut conduire à de l’endommagement. Une approche semi-analytique basée sur des équations géométriques est appliquée à un roulement à bagues rigides pour déterminer les efforts de contact entre les rouleaux et les pistes. Ces efforts sont des données nécessaires pour évaluer le couple de fonctionnement du roulement. Le couple est estimé avec des modèles empiriques proposés dans la littérature et basés sur la théorie EHL. Le code de calcul ainsi développé permet également de prédire la distribution angulaire des efforts internes (load zone), la pression de contact de Hertz ou encore les déplacements de chacun des éléments du roulement sous un chargement multiaxial. Un modèle thermomécanique transitoire est ensuite utilisé pour étudier l’évolution du couple de serrage entre la bague et le moyeu. Les résultats de ces modèles sont comparés à la littérature ou à des résultats obtenus par éléments finis. Enfin, le code de calcul de roulement à bagues rigides est modifié pour intégrer les déformations de la bague externe afin d’évaluer l’impact de ces déformations sur le couple de frottement du roulement. Ces modèles sont appliqués sur deux roues appartenant à des avions différents
The tapered roller bearings used in aircraft wheels are subject to considerable stress during the phases when the aircraft is in contact with the ground. Their design and integration into the wheel therefore require special attention. In particular, this thesis explores the risks associated with the rotation of the outer ring of a tapered roller bearing in its housing when subjected to transient thermal loading from the brake. These bearings are mounted with an interference fit in the housing. In addition, under severe mechanical loads such as an aircraft cornering on the taxiway, the internal forces of the bearing can generate a high friction torque. Thus, under a specific thermal load and due to the different coefficients of thermal expansion between the outer ring and the housing, a loss of clamping can occur and lead to relative rotation between the outer ring and the hub of the wheel in which the bearing is mounted. This phenomenon of slippage degrades the performance of the bearing and can lead to damage. A semi-analytical approach based on geometric equations is applied to a bearing with rigid rings to determine the contact forces between the rollers and the raceways. These forces are the data needed to evaluate the running torque of the bearing. The torque is estimated using empirical models proposed in the literature and based on EHL theory. The calculation code developed in this way can also be used to predict the angular distribution of internal forces (load zone), the Hertz contact pressure and the displacements of each of the bearing components under multiaxial loading. A transient thermomechanical model is then used to study the evolution of the clamping torque between the ring and the hub. The results of these models are compared with the literature or with results obtained using finite elements method. Finally, the calculation code for bearings with rigid rings is modified to integrate the deformations of the outer ring in order to assess the impact of these deformations on the friction torque of the bearing. These models are applied to two wheels from different aircraft

Cette recherche concerne l'etude du contact thermique roulant appliquee aux mecanismes de transfert de chaleur entre les deux bagues d'un roulement a rouleaux cylindriques. Sur le plan theorique, on caracterise la composante du flux de chaleur transmis par conduction aux interfaces rouleaux-bagues. On modelise la conductance thermique de transport par roulement (c. T. T. ) uniquement dans la zone angulaire de repartition de la charge en faisant appel a la notion de macro-constriction dynamique. Les surfaces de contact rouleaux-bagues sont determinees par la theorie de hertz. Les resultats de calcul ont permis de degager l'influence du jeu radial, de la vitesse de rotation et de la charge. Dans l'approche experimentale, le transfert thermique entre les deux bagues et modelise par une c. T. T. Definie sur tout le chemin de roulement de la bague exterieure et qui prend en compte, sans distinction, les trois modes de transfert de la chaleur. Le principe de mesure consiste a imposer un flux de chaleur de la bague exterieure vers la bague interieure et a relever les champs de temperature dans les bagues et la chaufferette, disposee a la peripherie de la bague exterieure. La c. T. T. Est alors identifiee par technique inverse. Afin de ne caracteriser que la composante du flux transmis, on s'affranchit de l'echauffement du aux flux generes par frottement par la technique de superposition. L'instrumentation thermique du roulement comprend une trentaine de thermocouples implantes dans la chaufferette et les bagues exterieure fixe et interieure mobile ainsi qu'un systeme de telemesure. Les enregistrements experimentaux montre que la c. T. T. Augmente avec la vitesse de rotation et avec la charge (domaine de charges compris entre 80 et 1750 n et gamme de vitesses allant de 50 a 2700 tr/mn). Cette conductance thermique de transport n'est pas uniforme et depend de la position angulaire. Sa valeur moyenne varie entre 140 et 430 w/m#2. K.

La durée de vie d'une boîte de vitesses est liée en partie au fonctionnement des paliers. La lubrification des roulements permet de maintenir l'équilibre thermique et de séparer les interfaces en contact. Cette étude repose sur la modélisation théorique et expérimentale du fonctionnement d'un roulement conique. Elle apporte une compréhension prédictive du comportement mécanique d'une part, avec le calcul de la raideur du roulement, et énergétique d'autre part, en réalisant le bilan des puissances dissipées au sein d'un roulement pour des sollicitations rencontrées dans les boîtes de vitesses. Le modèle de calcul prend en compte l'influence de la raideur du logement et de la correction de profil des génératrices des bagues et des rouleaux pour l'obtention de la raideur axiale. L'analyse quasi-statique prend en compte le comportement rhéologique visco - non linéaire du lubrifiant pour le calcul des forces et des moments de frottement agissant sur les surfaces des corps roulants et de la cage. Cette modélisation fournit le taux de glissement de la cage et la cinématique réelle des rouleaux, i. E. Une vitesse angulaire propre qui diffère selon le corps roulant considéré. Une bonne corrélation est obtenue avec les résultats expérimentaux, pour le couple résistant du roulement. Ce travail constitue une première étape pour prédire la quantité de lubrifiant optimale à apporter au palier
The lifespan of a gear box is partly related to the operation of the rolling bearing. The lubrication of the bearings plays an essential part, it makes it possible to maintain balance thermal and to separate the interfaces in contact. This study rests on the theoretical modeling of the operation of a tapered roller bearing, and on experimental test. It brings a predictive comprehension of the mechanical behavior on the one hand, with the calculation of the stiffness of the bearing, and energetics on the other hand, by carrying out the assessment of the powers dissipated within a bearing for load and kinematic met in the gear boxes. The model of calculation takes into account the influence of the stiffness of the housing and the correction of profile of the rings and the rollers for obtaining the axial stiffness. The quasi-static analysis takes into account the rheological behavior visco - nonlinear of the lubricant for the calculation of the forces and the moments of friction acting on surfaces of the rollers and the cage. This modeling provides the slip's rate of the cage and the real kinematics of the rollers. A good correlation is obtained with the experimental results, for the friction torque of the bearing. This work constitutes a first stage to predict the optimal quantity of lubricant to bring to the tapered roller bearing

Avec l’apparition de moteur électrique dans le secteur automobile, les réducteurs mécaniques fonctionnent à des vitesses de rotation de plus en plus élevées. Pour ce type de réducteur, les pertes de puissance au niveau des paliers à roulements peuvent être prédominantes pour des vitesses de rotation élevées. Ces pertes sont fortement dépendantes du comportement thermique du palier à roulement. D’où l’intérêt de développer des outils numériques permettant d’estimer les puissances générées au sein d’un palier à roulement. Cette estimation permettra en phase de pré-étude de développer un dispositif de refroidissement adapté afin d’éviter tout risque de dégradation du palier à roulement. Cette thèse présente une nouvelle approche permettant d’étudier le comportement thermomécanique de palier à roulement. Cette approche intermédiaire requiert un minimum de paramètres d’entrée (géométrie externe du palier à roulement et condition de fonctionnement). Elle utilise la méthode dite « des réseaux thermiques » pour obtenir une interconnexion entre les pertes de puissance et le comportement thermique du palier à roulement. Enfin cette approche permet de calculer la puissance dissipée au sein d’un roulement et les températures des bagues et du lubrifiant principalement pour une application hautes vitesses. Cette approche est développée pour des roulements à billes à gorge profonde et contact oblique. Des valeurs expérimentales sont nécessaires pour valider cette nouvelle approche. C’est pourquoi, un nouveau banc d’essai modulaire dédié à l’étude du comportement thermomécanique de palier à roulement a été développé. Sur ce nouveau moyen d’essai, une grande variété de paliers à roulements peut être testée pour différentes conditions de fonctionnement. Pour les premiers essais, un roulement à billes à gorge profonde lubrifié par injection est testé pour un fonctionnement hautes vitesses (produit (n×D_m) supérieur au million)
Rolling Element Bearing (REB) is an essential component in mechanical transmission to reduce friction between rotating parts. Now, with the development of electrical motor in mechanical industry, REBs may work at very high rotation speed. It leads to an increase of REB power losses and temperatures. Theses power losses are strongly coupled with the REB thermal behaviour. The oil temperature has a significant impact on the kinematic viscosity which in turn affects the REB power losses. Based on thermal network approach, an intermediate model is developed in this study. This new model allows obtaining lumped information (temperature of rings) with a minimum of input data (REB external geometry and operating condition only) and by using global power loss models. This intermediate model is developed for angular contact ball bearing and deep groove ball bearing under oil jet lubrication for high speed application. Experimental data are required to validate this new approach. That why, a modular test rig is designed to obtain information on the REB thermomechanical behaviour. The new test rig developed in this study is dedicated to a wide range of REB dimensions and for different operating conditions. For the first test, a deep groove ball bearing under oil jet lubrication is studied for high speed application ((N.dm) product is higher than one million.)

Cette recherche traite de la modelisation des phenomenes de vibration dans les pylones compression d'un telepherique monocable, dus au passage d'un vehicule et aux chocs produits par la pince (attache vehicule-cable) sur les galets du balancier. A cet effet, on a developpe un modele dynamique du systeme balancier-pylone-vehicule. Ce modele prend en compte les caracteristiques dynamiques d'un balancier symetrique de 16 galets (les balanciers de 4 et 8 galets etant des cas particuliers), l'influence de l'inertie et du poids du vehicule sur le balancier, ainsi que, eventuellement, les caracteristiques dynamiques du pylone. Les hypotheses, limitations et approximations utilisees sont analysees. Pour valider cet outil d'analyse theorique, des mesures sur les installations industrielles ont ete faites. Les structures spectrales des signaux experimentaux ont ete obtenues par le moyen de deux methodes d'analyse: la densite spectrale de puissance et la methode parametrique hybride ar-cap, qui permet une analyse dans le plan temps-frequence. Ces resultats ont ete compares avec ceux fournis par le modele theorique. En plus, l'influence de certains parametres comme la tension du cable, la masse et la vitesse du vehicule a ete etudiee