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Application de la photoélasticité à la mesure de la contrainte dynamique des engrenages cylindriques

Martin, Bruno (2006). Application de la photoélasticité à la mesure de la contrainte dynamique des engrenages cylindriques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Il est de notion courante que la distribution de la charge appliquée sur une dent d'engrenage n'est pas linéaire d'un point de vue dynamique. Ce type de comportement peut seulement être décrit par une analyse en trois dimensions. Cependant, l'équation de la contrainte de flexion en tension selon la norme de l'AGMA donne une valeur linéaire pour toute la largeur de face ce qui résulte en un comportement à deux dimensions. Donc, les roues d'engrenage à large face ne peuvent être considérées lorsque l'équation de l'AGMA est utilisée. D'un autre côté, elle peut être valide avec des roues d'engrenage minces.

Un plan d'expériences a donc été mis en oeuvre afin d'évaluer la contrainte dynamique sur des roues d'engrenage minces. À l'intérieur du plan, il va être question de l'effet de la variation du pas diamétral, de l'angle d'hélice, du couple appliqué, de la vitesse de rotation ainsi que du nombre de dents. Un banc d'essai a par la suite, été utilisé afin de recevoir des roues d'engrenage tenant compte des différents facteurs émis par le plan d'expérience. Le banc d'essai est composé principalement de deux arbres en rotation. Un des arbres est entrainé par un moteur électrique avec lequel la vitesse de rotation peut être ajustée. Le deuxième arbre est jumelé à un dynamomètre mécanique sur lequel différents couples sont appliqués. Les roues d'engrenage déterminées par le plan d'expérience sont attachées à l'une des extrémités des arbres sachant que l'une d'entre elles est définie comme le pignon et l'autre comme la roue. Cependant, la roue possède une dent de plus que le pignon afin d'obtenir un engrènement de toutes les dents du pignon avec toutes les dents de la roue. À l'autre extrémité des arbres, des roues d'engrenage similaires sont utilisées à l'exception de posséder trois fois plus de dents pour éviter une superposition de signaux lors de mesures vibratoires par accéléromètres. Finalement, l'espacement entre les arbres est ajustable afin de recevoir toutes les roues d'engrenage choisies dans le plan d'expérience.

La méthode de la photoélasticité a été appliquée pour déterminer la contrainte de flexion. Malheureusement, les résultats expérimentaux ont été jugés invalides. Les différentes valeurs de cette contrainte ne concordent pas avec la norme de l'AGMA. Il a été conclu que la colle utilisée avec le matériel photoélastique était la cause majeure pour l'invalidité des résultats expérimentaux.

Titre traduit

Dynamic stress measurments by photoelasticity on cylindrical gears

Résumé traduit

It is common knowledge that the load distribution on the face width of spur and helical gears is not linear considering a dynamic point of view. This type of behaviour can only be descrihed in three dimensions. On the other hand, the AGMA equation for bending stress gives only one linear value throughout the entire length of the face width, resulting in a two dimensions behaviour. Obviously, thick gears must be discarded when using the AGMA equation but thin gears may be salvageable.

In order to measure dynamic stress of thin spur and helical gears, a factorial design has been drawn. This plan includes variations of the pitch, helix angle, applied torque, rotation speed and contact ratio. By respecting the constraints arising from these factors, a test bench has been built. This bench has two rotating shafts. One of these shafts is driven hy an electric motor where the rotation speed can be varied. The other shaft has a mechanical dynamometer attached to it so that different torques can be applied. On one end of the two shafts are attached the gears given by the factorial design knowing that one of the gears is pinion and the other is wheel. The only difference between the two is for the wheel having one more tooth than the pinion. The reason for this variation is meshing all the teeth from the pinion with all the teeth from the wheel. At the other end of the two shafts, similar gears are used except that the pinion and the wheel have three times more teeth for noise purposes when taking measurements with accelerometers. Finally, the spacing between the two shafts is adjustable so that all the gears determined by the factorial design can be attached to it.

Photoelastic material and numerical imaging have been used to determine the bending stress at the root of the tooth. Unfortunately, the test results were not conclusive. The photoelastic method would only show the bending stress on the tension side but its values would not correspond to the AGMA equation. It was determined that the glue used between the photoelastic material and the gears was the major factor for the failure of the test.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [226]-228. Chap. 1. Revue de la littérature -- Chap. 2. Préparation expérimentale -- Chap. 3. Mise en fonction du banc d'essai -- Chap. 4. Application de la photoélasticité -- Chap. 5. Essais expérimentaux et analyse des résultats.
Mots-clés libres: AGMA, Application, Contrainte, Cylindrique, Dynamique, Engrenage, Flexion, Norme, Photoelasticite, Roue
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Guilbault, Raynald
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 01 avr. 2011 19:33
Dernière modification: 03 nov. 2016 23:49
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/483

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