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Submitted on 11 Jul 2017
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Quantification dynamique des mouvements relatifs entre éléments d’un pendule centrifuge
Etienne Cullaz, Patrick Le Moal, Franck Macewko, François Robbe Valloire, Muriel Quillien
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Etienne Cullaz, Patrick Le Moal, Franck Macewko, François Robbe Valloire, Muriel Quillien. Quan-
tification dynamique des mouvements relatifs entre éléments d’un pendule centrifuge. Journées Fran-
cophones de Tribologie, IFSTTAR Nantes, May 2015, Nantes, France. �hal-01560543�
JIFT 2015 – Nantes, 27-29 mai 2015 Procédés et Génie Civil
Quantification dynamique des mouvements relatifs entre éléments d’un pendule centrifuge
Etienne CULLAZ
1*, Patrick LE MOAL
2, Franck MACEWKO
2, François ROBBE VALLOIRE
1, Muriel QUILLIEN
11Supméca - Laboratoire Quartz (EA 2336) – Saint Ouen – France
2Valeo – Amiens – France
*Auteur correspondant : [email protected]
Mots-clés : Roulement avec glissement, traitement d’images, acyclisme
Résumé
Introduction
Les moteurs à explosion présentent un phénomène d’acyclisme caractérisé par une non-uniformité de la vitesse de rotation que l’on cherche à limiter en utilisant des dispositifs de dissipation. Une possibilité de réduction des vibrations torsionnelles induites [1] est obtenue avec le pendule centrifuge ou CPVA (Centrifugal Pendulum Vibration absorbers) [2]. Le système pendulaire illustré en Figure 1 est constitué de masses mises en mouvement par rapport aux rouleaux via les acyclismes du moteur. Ce système présente l’avantage d’avoir une fréquence propre variable et donc un amortissement dépendant de la vitesse de rotation du moteur [3].
Figure 1 : Pendule Centrifuge d’après [3]
Figure 2 : Positions A et B avec cibles d’après [3]
Le dimensionnement du pendule nécessite de connaître avec précision les mouvements relatifs entre les pièces. En effet, ils permettront tout particulièrement de quantifier les 2 éléments indispensables pour le dimensionnement en fatigue de contact. Le premier élément est le nombre de cycle subi par les contacts. Par ailleurs, à partir de la connaissance des mouvements de pièces, il sera possible d’accéder aux forces de contact (dans les directions tangentielles et normales) qui sont principalement dues aux efforts d’inertie des pièces mobiles.
Le but de cette étude est de présenter une méthode de détermination des mouvements relatifs (torseurs cinématiques) entre les différents éléments du pendule, qui permettra une prévision de la durée de vie des contacts.
Matériels et Méthodes
Les conditions d’acyclismes du moteur sont recrées grâce à un banc d’essai spécifique.
Afin de déterminer les vitesses relatives de chacune des pièces, plusieurs cibles sont placées sur le système (c.f. Figure 2). Un suivi temporel est réalisé par suivies par une
JIFT 2015 – Nantes, 27-29 mai 2015 Procédés et Génie Civil
caméra rapide (1280 X 1024 pixels à 2000 images/s). Le principe d’analyse des images obtenues en cinématographie comprend les étapes suivantes :
- Suppression du mouvement de rotation, pour se placer dans le repère relatif du rotor. Cette opération est réalisée en utilisant la technique de crosscorélation.
- Analyse des déplacements dans le repère du rotor. Pour chaque pas de temps on obtient le déplacement relatif des rouleaux et des pendules par rapport au rotor.
- Passage des déplacements relatifs aux cinématiques relatives. Cette étape se fait sur la base d’une différentiation par rapport aux pas de temps qui a nécessité un travail d’optimisation du choix des positions des rouleaux pour les calculs, en raison du faible niveau des mouvements relatifs mesurés.
Résultats et Discussion
Un exemple de détermination des déplacements de pièces est présenté en Figure 3. Il s’agit du déplacement du centre d’un rouleau (courbe de gauche), qui révèle parfaitement le mouvement pendulaire et, sur la courbe de droite, de l’évolution de l’angle de pivotement du rouleau.
Ces résultats expérimentaux peuvent être comparés aux prévisions obtenues par une approche théorique dans le cas d’un roulement sans glissement aux contacts. Les résultats montrent une bonne corrélation entre la théorie et le système réel, ce qui confirme que les glissements parasites sont très faibles dans les différents contacts.
Une étude complémentaire sur les vitesses de glissement avec calcul de l’incertitude a été mise en place. Les résultats actuels concluent à une valeur de glissement inférieure à l’incertitude de mesure.
Conclusion
Le suivi par cible des différents éléments du système ouvre la voie à l’identification automatique des cinématiques dans un pendule centrifuge. Une perspective intéressante concerne l’amélioration de la précision de mesure des positions, ce qui ouvrirait la porte à une estimation plus quantitative des glissements parasites dans le mécanisme.
Références
[1] LIGIER, Jean-Louis et BARON, Elian. Acyclisme et vibrations: applications aux moteurs thermiques et aux transmissions. Editions Technip, 2004.
[2] DENMAN, H. H. Tautochronic bifilar pendulum torsion absorbers for reciprocating engines. Journal of Sound and Vibration, 1992, vol. 159, no 2, p. 251-277.
[3] PFABE, Mathias et WOERNLE, Christoph. Reduction of Periodic Torsional Vibration using Centrifugal Pendulum Vibration Absorbers. PAMM, 2009, vol. 9, no 1, p. 285-286.
Figure 3 : Exemple de résultats – position et angle du rouleau
