15/02/2012 - Ultrasonides pour étudier les ajustements mécaniques et prévenir les pannes de machines industrielles

Menéame

Des chercheurs du Département du génie mécanique de l’École technique supérieure de génie industriel de Béjar, qui relève de l’Université de Salamanque, étudient le comportement des ajustements mécaniques très courants dans les machines industrielles, où un cylindre est assemblé avec une autre pièce, c’est-à-dire un axe attaché à un trou. L’objectif des scientifiques est d’analyser les pressions auxquelles cette liaison est soumise au moyen d’une équipe d’échographies, de manière à éviter des défaillances hypothétiques dans tous les types de machines.

Dans le domaine de l’ingénierie mécanique, "nous sommes intéressés par les problèmes de contact, qui se posent lorsque nous avons deux solides qui sont soumis à des forces de pression entre eux " explique DiCYT Juan Carlos Pérez Cerdán, professeur à l’École technique supérieure d’ingénierie industrielle de Béjar. Sa ligne de recherche se concentre sur les réglages par interférence, également appelés réglages à pression, qui sont très courants en génie mécanique, parce que "ils sont utilisés pour monter sur un arbre ou un arbre de transmission différents éléments, tels que des engrenages, des polées ou des roulements."

En substance, il s’agit d’assembler un cylindre avec une autre pièce qui a une ouverture ronde pour correspondre à la perfection, mais ce type d’ajustements introduit des pressions très élevées entre les deux éléments. "Avoir des pics de tension sur une machine est très préjudiciable, parce qu’ils font qu’elle peut finalement échouer, donc tout ce que nous faisons a un but pratique: prévenir l’éventuelle défaillance de l’élément mécanique," souligne-t-il.

D’un point de vue théorique, le groupe de recherche a opté pour la méthode des éléments finis (MEF en espagnol ou FEM en anglais), très répandue dans diverses branches de la Science. "Il est difficile d’étudier un solide comme un élément continu, dans le sens que deux points quelconques d’un solide peuvent être aussi proches que l’on peut l’imaginer, c’est-à-dire que chaque point a un autre infiniment proche et cela conduit à des équations très compliquées," indique le chercheur. Toutefois, le MEF considère qu’un point d’un solide est séparé du point le plus immédiat. "Avec ces points, qui reçoivent le nom de nœuds, vous construisez un maillage et vous transformez le continuum en une sorte de grille," commente-t-il. Ainsi, le système d’équations est plus simple et peut être résolu par des programmes d’ordinateur dans lesquels l’information est introduite pour obtenir des résultats qui doivent ensuite être interprétés.

En définitive, Juan Carlos Pérez Cerdan utilise la méthode des éléments finis pour déterminer les pressions et les tensions dans ces ajustements par interférence. Cependant, la prochaine étape consiste à compléter la théorie par des études expérimentales, pour lesquelles de petits prototypes sont utilisés. "Il est difficile de trouver une machine qui n’a pas d’axe ou d’arbre de transmission. Sur les essieux, différents éléments sont montés de manière à transmettre la puissance à un axe parallèle ou perpendiculaire à travers des engrenages ou des poulies," indique-t-il.

L’autre pièce est celle qui a le trou et peut être la partie de l’intérieur d’un engrenage, une poulie ou un roulement. "L’idée est qu’ils sont sous pression, donc nous avons étudié ce qui se passe quand ils sont serrés," indique-t-il. Sur la face intérieure de cette pièce apparaissent des pressions et des tensions très grandes et à certains points sont plus accentués.

Ultrasonides

Bien que, sur le plan théorique, ces pressions devraient être uniformes, " maintenant nous étudions quelle est la variation réelle de la répartition de ces pressions, qui ne correspondent pas exactement à celles qui sont déduites théoriquement ," indique l’expert.

Dans cette partie empirique de l’enquête, l’objectif est de déterminer les pressions réelles auxquelles les pièces sont soumises au moyen d’un matériel d’échographie. Cet appareil " émet une onde et nous pouvons étudier l’onde réfléchie ," dit Pérez Cerdan. Habituellement, ces équipements sont utilisés pour déterminer s’il y a une fissure dans les machines, mais l’objectif du département de génie mécanique est de vérifier s’il existe une variation brutale de la pression et du contact.

"Le problème est que ces équipements ne sont pas conçus pour le problème que nous voulons attaquer, mais pour détecter de petites fissures, mais nous voulons réadapter cette technique pour déterminer les pics de pression dans l’ajustement. Déterminer avec des échographies quelle est la répartition des pressions va prendre du temps, il faudra traiter, réinterpréter et traiter les résultats," indique-t-il.

Une union très répandue

"Ce type de liaison est très répandu dans l’industrie, il est souvent utilisé pour ajuster des éléments, donc nous voulons tirer des conclusions pratiques qui permettront d’améliorer ce processus " explique Juan Carlos Pérez Cerdán en référence à ces ajustements composés d’un cylindre et d’une pièce assemblées.

Généralement, l’objectif de ces unions est que l’axe tourne à beaucoup de révolutions par minute. "Les pièces qui vont avec l’axe doivent être solidairement montées avec l’arbre et, si la pression n’est pas suffisante, glissent et la puissance ne se transmet pas bien."

Pour obtenir l’assemblage des deux pièces, on peut recourir à la force par une sorte de tenailles hydrauliques. Une autre alternative passe par chauffer la pièce qui a l’ouverture pour la dilater et entrer l’axe pour qu’il soit ajusté une fois refroidi et donc perd du volume. L’idée inverse est également utilisée, refroidir l’axe pour le contracter et être ajustée lorsque vous récupérez la température normale.
 

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