Optimisation durable et multicritères de dentures d'engrenages cylindriques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Sustainable and multi-criteria optimisation of helical gear unit

Optimisation durable et multicritères de dentures d'engrenages cylindriques

Résumé

This study aims to implement multi-objective optimization of a gear unit in order to minimize the power loss, the vibrational excitation generated by the meshing and the vibro-acoustic response via a multi-scale approach that extends from gear mesh to the complete transmission. All these indicators are closely linked to the macro and micro-geometry definition of the gear pair. The optimization is carried out using a genetic algorithm, namely the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). The design variables chosen for the problem are the pressure angle and the helix angle, as macro-geometry characteristics of the gear, and/or the length and the amount of tooth profile modifications, as micro-geometry characteristics of the gear. Constraints are imposed in order to not exceed a maximum bending stress at the tooth root of the gear and a maximum tooth contact pressure during meshing, to reach a minimum total contact ratio and to avoid interferences. To this end, a first approach focuses on the gear pair. Gear design parameters are optimized in order to minimize both the RMS value of transmission error fluctuation and tooth friction power loss. A second approach aims to consider the complete gear unit. The same gear design parameters are optimized in order to maximize the gear unit efficiency and to reduce the equivalent vibro-acoustic power radiated by its housing. A comparison is made between these two approaches to demonstrate the interest of focusing on the entire power transmission. A three-objective optimization using NSGA-II is performed. We are interested in the optimization of the macro and micro-geometric variables minimizing the RMS value of transmission error fluctuation, equivalent vibro-acoustic power radiated by the housing and the total power losses.
Cette étude vise à mettre en œuvre l'optimisation multi-objectif d'une transmission par engrenage afin de minimiser les pertes de puissance, l'excitation vibratoire générée par l'engrènement et la réponse vibro-acoustique via une approche multi-échelle qui s'étend du contact de l’engrènement à la transmission complète. Tous ces indicateurs sont étroitement liés à la définition de la macro et micro géométrie de l’engrenage. L'optimisation est réalisée à l'aide d'un algorithme génétique, à savoir le Non-dominated Sorting Genetic II (NSGA-II). Les variables de décision choisies sont l'angle de pression normal et l'angle d'hélice, en tant que caractéristiques macro-géométriques de l'engrenage, et/ou la profondeur et la longueur adimensionnée impactée par la correction au sommet des roues, en tant que caractéristiques micro-géométriques de l'engrenage. Des contraintes sont imposées afin de ne pas dépasser une contrainte de flexion maximale en pied de dent et une pression maximale de contact pendant l’engrènement, de garantir un rapport de conduite total suffisant et d'éviter les interférences. Dans ce but, une première approche se concentre sur l’engrenage. Les variables de décision sont optimisées afin de minimiser à la fois la valeur efficace des fluctuations de l'erreur de transmission et les pertes par frottement à la denture. Une deuxième approche vise à considérer la transmission complète qui prend en compte différentes sources de perte. Les mêmes variables de décision sont optimisées afin de maximiser l'efficacité du réducteur et de réduire la puissance acoustique équivalente rayonnée par son carter. Une comparaison est faite entre ces deux approches pour démontrer l'intérêt de se focaliser sur l’ensemble de la transmission de puissance. Au final, une optimisation à 3 objectifs en utilisant l’algorithme génétique NSGA-II est réalisée. On s’intéresse à l’optimisation des variables macro et micro-géométriques minimisant la valeur efficace de l’erreur de transmission, la puissance acoustique équivalente rayonnée par le carter et les pertes de puissance totales.
Fichier principal
Vignette du fichier
these.pdf (5.75 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03670834 , version 1 (17-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03670834 , version 1

Citer

Emna Ben Younes. Optimisation durable et multicritères de dentures d'engrenages cylindriques. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSEI079⟩. ⟨tel-03670834⟩
149 Consultations
130 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More