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

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

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

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

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

Broche SKF Sources de chaleur Puits 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

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

Broche proto EPFL Sources de chaleur Puits 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

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

Microbroche Sources de chaleur Puits 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

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

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

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