4.2 Instrumentation interne d’une boˆıte de vitesses par codeur optique
4.2.1 Mise en place des essais
Commenc¸ons dans un premier temps par d´etailler l’instrumentation mise en place. Le banc d’essais utilis´e est celui du LaMCoS, permettant de g´en´erer un acyclisme en entr´ee de boˆıte par l’interm´ediaire d’un joint de Cardan `a angle variable, pr´esent´e `a l’annexe A.
4.2.1.1 Instrumentation interne de la boˆıte de vitesses
L’objectif est ici d’instrumenter un pignon fou d’une boˆıte de vitesses PSA de type BE4 pour acc´eder `a sa vitesse de rotation instantan´ee. Ceci n´ecessite d’avoir un codeur angulaire le moins intrusif possible, devant ˆetre ´etanche en raison des projections d’huile (voire du barbotage) et r´esistant aux temp´eratures ´elev´ees. Le choix s’est port´e sur un codeur optique plac´e sur le pignon fou du rapport de 4e, qui pr´esente l’avantage d’ˆetre situ´e sur l’arbre primaire (il ne baigne donc pas dans l’huile) et pour la boˆıte de vitesses utilis´ee l’actif de tˆete (c’est-`a-dire le plus grand diam`etre) de ce pignon est de 80.7 mm, le plus grand que l’on puisse avoir sur une boˆıte BE.
Le choix pratique du codeur optique pour l’instrumentation du pignon fou a ´et´e guid´e par les dimensions des ´el´ements de la boˆıte. Pour pouvoir placer le codeur, le synchroniseur 3/4 ainsi que le pignon fou du rapport de 3e sont supprim´es. Le codeur doit ainsi avoir une profondeur maximale de 38 mm (sinon on vient en contact sur les dents du pignon fixe de 3e) et pouvoir s’ins´erer sur un arbre de diam`etre 32 mm. Le codeur r´epondant le mieux aux caract´eristiques attendues est le codeur Lika C-80 avec une r´esolution de 2048 tops/tour, une profondeur de 36 mm, un diam`etre int´erieur de 30 mm, un diam`etre ext´erieur de 80 mm et une sortie TTL [LIK ].
L’int´egration m´ecanique du codeur sur le pignon fou a ´et´e r´ealis´ee au CEReP (Centre d’Etudes et de R´ealisations de Prototypes) `a l’INSA de Lyon. La figure 4.1 donne une photo de la boˆıte de vitesses ouverte ainsi intrument´ee. Une partie de l’arbre primaire a ´et´e usin´ee pour diminuer son diam`etre `a 25,9 mm. La partie mobile du codeur est fix´ee au pignon fou de 4e : une pi`ece d’adaptation est mont´ee de force sur la partie crabot du pignon fou et le codeur est viss´e sur cette pi`ece. Une bague avec des gorges est plac´ee entre l’arbre et le codeur pour se ramener au diam`etre int´erieur du codeur de fac¸on concentrique et favoriser la circulation d’huile entre ces deux ´el´ements (figure 4.2 (a)). La partie fixe du codeur est li´ee au carter de boˆıte par l’interm´ediaire d’une ´equerre. Une cale est ajout´ee derri`ere le codeur pour assurer la tenue en translation (assur´ee ´egalement par l’´equerre).
L’inertie des pignons fous constitue un des param`etres influant sur l’apparition et l’intensit´e de la grenaille. L’ajout du codeur optique modifie n´ecessairement l’inertie du pignon fou. La fixation de la partie mobile sur le pignon fou de 4e rajoute en effet de la masse mais en
Instrumentation interne d’une boˆıte de vitesses par codeur optique
contrepartie l’int´egration du codeur a n´ecessit´e la suppression du cˆone du pignon ce qui en a supprim´e. Cependant, cette modification a priori des conditions pr´ecises d’apparition de la grenaille sur ce syst`eme influe peu sur notre ´etude. L’objectif est de r´eussir `a g´en´erer des impacts dans des conditions de fonctionnement proches des conditions de fonctionnement r´eelles, sans pour autant ˆetre exactement repr´esentatif des chocs se produisant au niveau du rapport de 4ed’une boˆıte BE4.
Pour n’avoir que le rapport de 4esujet `a la grenaille, seul le 2e rapport est conserv´e comme rapport engag´e (de rapport de r´eduction Z1/Z2), tous les autres ´el´ements de la boˆıte sont enlev´es. Des points de soudure viennent bloquer l’engagement du 2erapport (figure 4.2 (b)) : le syst`eme de synchroniseur 1/2 et les fourchettes peuvent ainsi ˆetre supprim´es.
FIGURE4.1: Instrumentation interne de la boˆıte de vitesses.
(a) (b)
FIGURE4.2: Instrumentation interne de la boˆıte de vitesses. (a) Vue de la bague et de ses gorges plac´ee entre l’arbre et le codeur. (b) Blocage par soudure du 2erapport engag´e.
4.2.1.2 Instrumentation externe et configuration des essais
Pour acc´eder `a la vitesse relative entre le pignon fou et le pignon menant, un codeur optique de r´esolution 2048 tops/tr est plac´e en bout d’arbre secondaire (not´e B `a la figure 4.3). Le pignon menant du rapport de 4e´etant solidaire de l’arbre secondaire, on suppose que la vitesse angulaire instantan´ee estim´ee en bout d’arbre secondaire est ´egale `a celle du pignon menant (pas de charge sur cette extr´emit´e de l’arbre). Un deuxi`eme codeur optique identique de r´esolution 2048 tops/tr, not´e A, est plac´e en bout d’arbre primaire et permet d’acc´eder `a la vitesse angulaire instantan´ee en entr´ee de boˆıte. La figure 4.3 donne une repr´esentation sch´ematique de la configuration des essais avec la position des codeurs optiques.
Des acc´el´erom`etres sont r´epartis sur le carter de boˆıte et plusieurs angles de d´esalignement et plusieurs mont´ees en r´egime sont test´ees. L’ensemble de l’instrumentation et de la campagne d’essais est pr´ecis´ee en annexe A, section A.3. Dans cette ´etude une rampe de vitesses de 750 `a 2200 tr/min en 40 s et un couple de sortie de 200 Nm sont appliqu´es. Deux d´esalignements du joint de Cardan sont consid´er´es (0˚ et 8˚). L’angle 0˚ permet une mesure sans acyclisme et donc sans g´en´eration de bruit de grenaille. L’acquisition des codeurs optiques est r´ealis´ee avec une horloge de comptage `a 80 MHz : on obtient le nombre de tops horloge entre deux fronts montants du codeur (m´ethode de comptage, d´etaill´ee `a l’annexe A page 172). Les signaux ana-logiques des acc´el´erom`etres sont ´echantillonn´es `a fe= 40960 Hz, apr`es filtrage anti-repliement `a 13889 Hz.
FIGURE4.3: Configuration de la boˆıte de vitesses. Les trois codeurs optiques sont rep´er´es par les lettres A, B et C.
Les codeurs B (plac´e en bout d’arbre primaire) et C (plac´e dans la boˆıte de vitesses) per-mettent d’estimer la vitesse relative entre le pignon fou et le pignon menant du rapport de 4e. Cette vitesse relative servira de r´ef´erence pour la d´etection des impacts, les seuls chocs pouvant se produire au niveau de ces engrenages en raison de la suppression des autres ´el´ements de la boˆıte.
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