Thèse de doctorat soutenue par Arthur BUREL le 8 Juillet 2026 :
Analyse numérique et expérimentale des signatures spectrales d’écaillages de roulements dans les transmissions par engrenages
Dans le cadre du CIRTRANS, ces travaux de recherche ont été réalisés à l’INSA Lyon, LaMCoS en collaboration avec SAFRAN HE et ALSTOM.
Résumé :
Les paliers à roulement occupent une place centrale dans les transmissions mécaniques, en reprenant des efforts importants afin d’isoler en rotation la ligne d’arbre de son support. Aussi, l’apparition d’endommagements sur une bague ou un élément roulant doit être surveillée de près dans le but d’éviter une défaillance de la transmission. Dans les secteurs ferroviaire et aéronautique entre autres, les chargements et les régimes moteurs en jeu imposent de détecter un endommagement le plus tôt possible, tandis que les possibilités d’arrêter un véhicule pour une inspection approfondie de son réducteur de vitesse sont limitées. Ceci justifie un intérêt pour la maintenance prédictive, qui consiste à surveiller l’apparition d’une éventuelle anomalie à l’aide d’indicateurs mesurés sur la transmission au cours de son fonctionnement.
Dans cette thèse, on s’attache à analyser les signatures périodiques en angle causées par un roulement écaillé sur les signaux mesurés, ainsi que leur évolution selon les conditions de fonctionnement et le point de mesure. D’une part, un modèle dynamique intégrant un couplage fort entre une transmission et son carter est développé, avec une stratégie de réduction de modèle et de post-traitement permettant de simuler et d’analyser de manière efficiente les voies de transferts vibratoires sur des architectures complexes. D’autre part, un protocole de traitement de signal basé sur la combinaison d’harmoniques est proposé pour isoler la périodicité angulaire liée au roulement, sur des signaux de vitesse angulaire et d’accélération. Une comparaison essai-calcul permet d’évaluer la capacité du modèle couplé à reproduire la signature d’un endommagement réel, ainsi que d’identifier des emplacements propices à sa détection sur le carter de la transmission.
Abstract:
Rolling element bearings play a crucial role in power transmission systems, by carrying important loads in order to isolate a rotating shaft line from its support. Thus, the appearance of any damage on a ring or rolling element must be monitored closely in order to avoid a failure of the transmission. In applications such as railway and aeronautical engineering, the loads and the rotational speeds coming into play require to detect damage as early as possible, while the possibilities to stop a vehicle for a thorough gearbox inspection are limited. This justifies interest in predictive health monitoring, which consists in tracking the appearance of defects using indicators measured on the system during its operation.
The aim of this thesis is to analyse angle-periodic signatures caused by a spalled bearing on acceleration and instantaneous angular speed signals, as well as their dependence on operating conditions and sensor location. On one hand, a dynamic model integrating a strong coupling between a shaft line and its casing is developed, using model reduction and post-processing strategies which allow efficient simulation and analysis of vibration transfer paths on complex mechanical architectures. On the other hand, a digital signal processing based on harmonic combination is tested to isolate the angular periodicity linked to the bearing on the frequency spectra. A test-model comparison allows one to evaluate the ability of the coupled model to reproduce the signature of a real spall, as well as to identify sensor locations on the casing which are favourable to its detection.
