Conception Mécanique II, 2006-20071

S GM

Conception mécanique I & II

Exercice 10

Problèmes thermiques des broches et analyse qualitative

Conception Mécanique II, 2006-20072

S GM

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, 2006-20073

S GM

Motobroche EPFL-Novar

Lubrification à la graisse

max = 30’000 t/min, P = 10 kW

Conception Mécanique II, 2006-20074

S GM

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, 2006-20075

S GM

Broche SKF

Lubrification à la graisse / air-huilemax = 6’000 t/min, P = ? kW

Conception Mécanique II, 2006-20076

S GM

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, 2006-20077

S GM

Broche proto EPFL

Lubrification riche

Six points par roulementmax = 8’000 t/min, P = ? kW

Conception Mécanique II, 2006-20078

S GM

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, 2006-20079

S GM

Microbroche

74

mm

Roulements à contact oblique

Turbine à air

Conception Mécanique II, 2006-200710

S GM

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, 2006-200711

S GM 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, 2006-200712

S GM Sources de chaleur pour la broche

Procédé

Entraînement

Paliers

Étanchéités

Sources externes

Conception Mécanique II, 2006-200713

S GM Mécanismes d’évacuation de chaleur

Convection:Libre ou forcéeAir ou huile (lubrification)Paliers, corps de broche, arbre

Conduction (vers le bâti)