Conception mécanique I & II

1. Conception mécanique I & II Exercice 10 Problèmes thermiques des broches et analyse qualitative Conception Mécanique II, 2006-2007

2. Exercice 10: énoncé • Les broches illustrées dans les quatre figures suivantes représentent des conceptions différentes. • Questions.Identifier dans les trois cas • Les sources et les puits de chaleur • Les mécanismes de transfert de chaleur; lequel ou lesquels sont les plus importants? Discuter • Les technologies et les solutions constructives mises en œuvre pour ces trois broches, en particulier leur lubrification • Le comportement thermique attendu des broches et les problèmes thermiques éventuels anticipés Conception Mécanique II, 2006-2007

3. Motobroche EPFL-Novar wmax = 30’000 t/min, P = 10 kW Lubrification à la graisse Conception Mécanique II, 2006-2007

4. Motobroche EPFL-Novar • Sources de chaleur • Stator moteur: pertes joules • Rotor moteur: pertes fer • Dissipation dans les paliers • Puits de chaleur • Circulation d’eau dans le corps de broche • Flux d’air • Bâti • Mécanismes de transfert de chaleur • Conduction • Convection • Technologie: • Précharge des paliers par élément souple (voiles minces) • Boîtiers de roulement accordés thermiquement et élastiquement • Lubrification à la graisse • Fonctionnement thermiquement stable Conception Mécanique II, 2006-2007

5. Broche SKF Lubrification à la graisse / air-huile wmax = 6’000 t/min, P = ? kW Conception Mécanique II, 2006-2007

6. Broche SKF • Sources de chaleur • Dissipation dans les paliers • Puits de chaleur • Flux d’air • Bâti • Mécanismes de transfert de chaleur • Conduction • Convection • Technologie: • Précharge rigide des paliers • Boîtiers de roulement radialement rigides • Lubrification à la graisse (aussi possible air-huile) • Fonctionnement thermiquement instable Conception Mécanique II, 2006-2007

7. Broche proto EPFL Lubrification riche Six points par roulement wmax = 8’000 t/min, P = ? kW Conception Mécanique II, 2006-2007

8. Broche proto EPFL • Sources de chaleur • Dissipation dans les paliers • Puits de chaleur • Circulation de l’huile • Mécanisme de transfert de chaleur • Convection • Conduction • Technologie: • Précharge rigide des paliers • Boîtiers de roulement accordés élastiquement • Lubrification riche • Fonctionnement thermiquement stable Conception Mécanique II, 2006-2007

9. f 74 mm Microbroche Turbine à air Roulements à contact oblique Conception Mécanique II, 2006-2007

10. Microbroche • Sources de chaleur • Dissipation dans les paliers • Puits de chaleur • Circulation de l’air • Mécanisme de transfert de chaleur • Convection • Conduction • Technologie: • Précharge souple des paliers en X (voile mince) • Boîtiers de roulement accordés élastiquement • Lubrification air-huile • Fonctionnement thermiquement stable Conception Mécanique II, 2006-2007

11. Problèmes thermiques associés à la broche • Broche = source thermique pour la machine => dilatations, pertes de géométrie et précision • Déformations de la broche elle-même • Instabilité thermique de la broche=> destruction de la broche Conception Mécanique II, 2006-2007

12. Sources de chaleur pour la broche • Procédé • Entraînement • Paliers • Étanchéités • Sources externes Conception Mécanique II, 2006-2007

13. Mécanismes d’évacuation de chaleur • Convection: • Libre ou forcée • Air ou huile (lubrification) • Paliers, corps de broche, arbre • Conduction (vers le bâti) Conception Mécanique II, 2006-2007