Simuler des roulements avec Simpack

Les roulements sont les pièces mécaniques les plus fréquemment utilisées dans la transmission de puissance. Un roulement mal conçu peut rapidement s'endommager, voire abîmer la transmission. Dans le pire des cas, une réaction en chaîne entraîne la perte totale de l'ensemble du système. Les modules Simpack Bearing permettent de modéliser différents types de roulements tels que les roulements à billes, à cylindres et à tonneaux, ainsi que les paliers lisses et élasto-hydrodynamiques.

Journal Bearing

Journal Bearing est un élément de force utilisé pour modéliser les paliers lisses radiaux ou axiaux à l'aide d'une loi de rigidité et d'amortissement non linéaire. Il permet de modéliser tout type de roulement radial ou axial lorsqu'une loi de force agissant sur seulement deux marqueurs ne serait pas satisfaisante. Simpack Journal Bearing agit entre plusieurs marqueurs sur la coque et un marqueur central sur l'arbre. Il est possible d'obtenir un effet 3D en ajoutant plusieurs éléments de force à la suite.

Simpack Journal Bearing > Dassault Systèmes
Simpack Elasto Hydrodynamics Bearings > Dassault Systèmes

Elastohydrodynamic Bearing

Cet élément de force permet de simuler des paliers hydrodynamiques en résolvant l'équation de Reynolds avec précision et efficacité. Il comprend l'hydrodynamique (HD) de corps rigide et l'élasto-hydrodynamique simple face (EHF) et double face (DEHD). Il permet de prendre en compte les effets de température globaux (THD) dans le roulement et les solides environnants. Des paramètres de conception facilitent la prise en compte des orifices de lubrification, des rainures, etc. Tout niveau de détail peut être simulé. Cet élément permet également de simuler la dynamique des segments de piston.

BEARINX®

Simpack BEARINX Map for Rolling Bearings permet d'utiliser le logiciel BEARINX® de Schaeffler Technologies dans Simpack. BEARINX® sert à calculer avec précision les forces et les couples de nombreux roulements.
La rigidité non linéaire, les effets de couplage et le jeu de roulement sont décrits par un champ caractéristique dans un fichier BEARINX Map (.bxm) qui doit être fourni par Schaeffler Technologies.

Simpack Rolling Bearings

Obstacles à la conception et à la sélection d'un roulement

Les roulements sont les pièces mécaniques les plus fréquemment utilisées dans la transmission de puissance. Un roulement mal conçu peut rapidement s'endommager, voire abîmer la transmission. Dans le pire des cas, une réaction en chaîne entraîne la perte totale de l'ensemble du système. Des ouvrages de recherche de base détaillés (par exemple PALMGREN, LUNDBERG, GAERTNER, voir [1], [3] et [4]) ont établi des formules standardisées. Ces formules permettent aux ingénieurs de concevoir et de sélectionner correctement les roulements en termes de capacité de charge, au moyen du spectre de charge des roulements. Pour qu'il soit possible de calculer une durée de vie fiable, le spectre de charge doit être aussi réaliste que possible. Cependant, en raison de charges opérationnelles inconnues et d'interactions complexes entre le roulement et le système, les charges de roulement représentatives requises sont difficiles à estimer. En outre, la demande croissante en matière de réduction des émissions acoustiques et d'analyse détaillée des voies de propagation soulève des questions concernant la dynamique détaillée du roulement et son influence sur la dynamique du système. Pour couvrir tous ces sujets de conception très complexes, les ingénieurs ont besoin d'outils puissants d'analyse dynamique des roulements à rouleaux et des systèmes.

Simpack Rolling Bearings > Dassault Systèmes

Simpack Rolling Bearing Elements

Pour résoudre les obstacles à l'analyse des roulements susmentionnés, Simpack propose l'élément de force « Rolling Bearing ». Celui-ci permet de simuler efficacement tous les types usuels de roulements en résolvant les contacts des éléments roulants tout en tenant compte de la géométrie interne. D'une part, cette approche prend en compte le comportement de transmission détaillé d'un roulement, car elle intègre les caractéristiques de rigidité non linéaire, le jeu et le couplage croisé. D'autre part, elle tient compte des excitations générées par le roulement (par exemple, en raison du passage d'éléments roulants dans la zone chargée). Grâce à cet élément de force très efficace et à l'intégration des effets de transmission et d'excitation du roulement, l'ingénieur peut générer des spectres de charge réalistes, qui prennent en compte l'interaction du roulement avec le système complet. En termes de capacité de charge, de légèreté et d'émissions acoustiques, cet élément facilite la conception et le choix de la solution de roulement optimale.

Roulements d'éolienne Simpack > Dassault Systèmes

 Types de roulements pris en charge

  • Roulements à billes : gorge profonde, oblique, butée, quatre points
  • Cylindre/aiguilles : radial, butée
  • Roulement à rouleaux coniques
  • Roulements à rotule sur une ou deux rangées de rouleaux

Fonctionnalités clés des roulements

  • Évaluation du contact local en tenant compte de la géométrie interne : rigidité non linéaire, couplage croisé, jeu
  • Personnalisation complète possible (diamètre primitif, nombre et diamètre des éléments roulants, rayons des rainures, profil de rouleau, angle de conicité, etc.)
  • Concept de modélisation par rangée : concevez autant de rangées de roulement que vous le souhaitez
  • Frottement défini par l'utilisateur : organes de frottement dépendants et indépendants de la charge, coefficient de frottement dépendant de la vitesse
  • Amortissement de contact local
  • Réduction du risque de configuration sur-amortie du roulement
  • Roulements flexibles, même pour ceux à plusieurs rangées
  • Fonctionnalité temps réel (pour vous en convaincre, testez les exemples de modèles fournis avec la documentation Simpack)
  • Élément de force hautes performances permettant des simulations globales

Analyse du roulement et résultats

  • Simulation rapide, robuste et précise des roulements à rouleaux en tant que modèle autonome ou dans le cadre d'un système complet
  • Charges radiales, axiales et d'oscillation totales
  • Charges radiales et axiales par élément roulant
  • Déflexion du roulement complet et des rouleaux individuels
  • Pression de contact
  • Répartition de la charge (par exemple, pour calculer la durée nominale de référence corrigée conformément à la norme ISO16281 [4])
  • Perte de puissance et couple de frottement
  • Résultats généraux concernant les corps flexibles fournis par Simpack (voir les modules de simulation de corps flexible)

Exemple de simulation de roulement autonome et globale

Analyse de répartition de la charge avec différents profils de rouleaux :
Références :
[1] Gaertner : Ueber die Lebensdauer von Kugellagern, Dinglers Polytechnisches Journal, 1918.
[2] Palmgren, A. : Ball and roller bearing engineering. 2e édition. S.H. Burband & Co., Inc., Philadelphie, 1945.
[3] ISO 16281 : Roulements — Méthodes de calcul de la durée nominale de référence corrigée pour les roulements chargés universellement. ISO 16281, spécification technique. Juin 2018.
[4] Schlecht, B. : Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen, Lagerungen. München: Pearson Studium, 2010.
 

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