Etude du comportement thermique d'un motoréducteur

Study on the thermal behaviour of a gear unit

• Auteur / Autrice : Sandrine Laruelle
• Direction : Christophe Changenet, Fabrice Ville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Jury : Président / Présidente : Jean-Charles Maré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Changenet, Fabrice Ville, Jean-Charles Maré, Jean Bouyer, Agnès Fabre, Samuel Koechlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Charles Maré, Jean Bouyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Engrenages coniques

Tribologie (technologie)

Mots clés libres

Transfert de chaleur

Transfert thermique

Mécanique des contacts

Tribologie

Engrenages spiro-Coniques

Transmission

Moteurs électriques

Impact environnemental

Pertes

Heat transfer

Thermal transfer

Contact mechanics

Tribology

Spiral bevel gears

Transmission

Electric motor

Environmental impact

Losses

Résumé

La diminution de l’impact environnemental des moteurs électriques conduit à des améliorations du rendement et de la compacité. Puisque la taille de la transmission est réduite, des problèmes d’échauffements peuvent apparaître car la surface d’échange avec l’environnement est fortement réduite, diminuant les possibilités de refroidissement. L’ensemble du système doit être caractérisé en termes de pertes de puissance et de capacité de transfert thermique pour déterminer si la température maximale en fonctionnement correspond aux exigences de fiabilité tout au long de la durée de vie du système. Cette thèse propose un modèle thermique d’une transmission avec des engrenages spiraux coniques, lubrifiée par bain d’huile. Le modèle thermique utilise la méthode des réseaux thermiques. Par conséquent, une estimation précise des pertes et des transferts thermiques entre les différents éléments est nécessaire. Une revue des méthodes existantes est présentée, indiquant que les pertes par barbotage des engrenages spiraux coniques ne sont pas totalement maîtrisées, entraînant la conduite d’une série d’essais sur un banc d’essai dédié. Cette étude se conclue sur l’application du modèle à la transmission ainsi que la proposition de points d’améliorations.

Environmental concern leads to improvements in both efficiency and power density of electrical motors. For compact transmissions, thermal issues can become critical: the surface available for thermal exchange with the environment is reduced, minimizing the possibility to cool down the elements. To ensure the system reliability, the operating temperature for each operating condition must not exceed the required maximum oil temperature. In order to evaluate its thermal behavior, the whole system should be therefore evaluated in terms of power losses and heat transfer. This PhD proposes a thermal model of an existing oil bath lubricated gear unit with spiral bevel gears. The thermal model uses the thermal network method, which needs an accurate prediction of power losses of the different elements and heat transfer between them. A review of the existing methods is presented. Since the churning losses of spiral bevel gears has never been fully characterized, specific tests have been done on a dedicated test bench. The last part of this work suggests possible improvements on the gearbox design.