Une première partie montre l'étude des "vibrations de flexion d'un arbre mécanique en rotation sur lequel est monté un disque, et qui n'est soumis qu'a des effets mécaniques linéaires, en régime permanent. Deux particularités ont été spécialement étudiées; - l'influence de l'effet gyroscopique du disque. - la résolution mathématique exacte du système en tenant compte de la masse répartie de l'arbre, La complexité du problème est due à la résolution d'une équation différentielle du quatrième ordre. Dans la deuxième partie, l'arbre précédent est soumis, en plus, à des effets mécaniques extérieurs non-linéaires (influence d'une force non-linéaire due à la présence d'un ressort à caractéristique du troisième degré). La particularité étudiée est l'influence de l'effet gyroscopique, juxtaposée à celle des forces non-linéaires. La complexité du problème est due aux résolutions d'équations différentielles non-linéaires; ces résolutions ne peuvent être qu'approchées et illustrent le phénomène dit de "saut".

Les travaux présentés concernent le domaine de la conception intégrée de produits mécaniques en grande série. La démarche de conception - fabrication concerne la reconception de produits dans le but d'en améliorer les performances. Le contexte général de cette étude se situe d'une part en pleine évolution des relations entre donneurs d'ordres et sous traitants dont une conséquence est notamment le transfert de la partie conception vers les sous traitants et d'autre part dans une évolution industrielle du métier de la forge, du secteur automobile en particulier, vers des produits forgés de hautes qualités dimensionnelles type "net shape". Notre analyse de la conception des pièces en mise en forme montre que les potentialités offertes par les procédés de mise en forme ne sont pas suffisamment exploitées aujourd'hui. La principale raison est le manque d'intégration des connaissances de fabrication dans la conception. Ces constatations nous ont conduit à mettre en place une approche de conception intégrée recouvrant les activités de conception, de fabrication et de contrôle de la fonctionnalité des produits. Cette approche se veut inductive car, selon nous, il est indispensable de baser ces travaux sur l'application afin de prendre en compte toutes ses spécificités. L'approche décrite peut être résumée en trois phases principales: analyse des activités existantes, identification et acquisition des connaissances et des compétences complémentaires nécessaires à l'amélioration des produits, structuration et capitalisation des connaissances. L'application de l'approche aux pignons forgés de différentiel nous a permis de proposer une géométrie d'engrenage originale et propre aux engrenages forgés. Nous avons également mis en évidence par cette approche, la nécessité de développer un dimensionnement mécanique particulier. Nous avons conduit des expertises, dont les détails sont présentés dans le tome 2 classé confidentiel, afin d'obtenir les connaissances complémentaires nécessaires pour l'amélioration de la conception des pignons coniques. La démarche de conception que nous avons mise en place a été appliquée sur deux cas industriels de conception complète de différentiels. Les résultats d'essais d'engrènement ont permis de quantifier les améliorations obtenues au niveau de la géométrie nominale. Des essais de résistance mécanique sur banc d'essai permettront de valider l'ensemble de notre démarche.

Ce mémoire présente le développement d'une transmission à variation continue pour les articulations robotiques. Le domaine de la robotique pourrait considérablement augmenter l'efficacité et la performance de ces systèmes en intégrant de nouveaux types de transmission au niveau de ses actionneius. En effet, les transmissions à ratio variables sont utilisées dans une multitude de domaines (transport, production d'énergie etc.) et permettent d'obtenir une plus grande polyvalence en gérant adéquatement la source de puissance disponible. Dans le cadre de ce projet, la transmission développée est principalement basée sur un mécanisme à cinq barres. Dans un premier temps, l'analyse cinématique et l'optimisation des dimensions du mécanisme sont exposées. Grâce à cette optimisation, un comportement performant et uniforme est atteint. En second lieu, une étude comparative avec un autre concept potentiel de transmission est présenté. Cette étude permet de démystifier le potentiel des train épicycloïdaux à double actionnement. Finalement, un prototype du mécanisme a été conçu et fabriqué. Ainsi, un chapitre est consacré aux composantes et aux méthodes de commande nécessaires au bon fonctionnement du prototype. Cette section inclut aussi une validation expérimentale du comportement espéré de la transmission et des essais expérimentaux qui permettent d'estimer l'efficacité effective du prototype fabriqué.

Dans le contexte environnemental actuel, l’amélioration des performances énergétiques des transmissions mécaniques par engrenage est un réel challenge. De part, leur compacité et leur arrangement axisymétrique, les transmissions mécaniques de type réducteur à trains épicycloïdaux sont de plus en plus répandues dans divers applications (éolien, aéronautique,…). Il est généralement admis que les principales sources de dissipation de puissance dans de telles transmissions sont dues au frottement aux dentures, au mode de lubrification (barbotage ou injection de lubrifiant), au piégeage d’huile entre les dents lors de l’engrènement et à la ventilation des mobiles. Il est également à noter que les pertes de puissance générées par une transmission ne peuvent être découplées de son comportement thermique. En effet, les échauffements locaux dans la transmission ont un impact sur les propriétés du lubrifiant, qui ont elles-mêmes une influence sur les pertes de puissance. A partir de ce postulat, le travail présenté dans ce manuscrit propose un modèle numérique permettant de quantifier les différents postes de pertes de puissance générées dans un réducteur épicycloïdal, lubrifié par injection d’huile, pour une application aéronautique. / In the current environmental context, gearbox efficiency has become a major issue. Because of their compactness and axi-symmetric arrangement, planetary gearboxes are widely used in several applications (such as wind, aerospace…). It is generally accepted that total power losses in such gear transmissions can be decomposed into the contributions of the friction between teeth, the lubrication process (oil splash or jet), the oil trapping during meshing and tooth windage. It is noticed that power losses produced by a mechanical transmission cannot be dissociated from its thermal behavior. Indeed, the local warmings impact lubricant physical properties and these last have influence on power losses in return. Based on this postulate, the purpose of this work is to develop a numerical model in order to estimate the power losses generated into a jet lubricated planetary gear train, for an aeronautical application.

Les actionneurs électromécaniques supplantent les solutions d’actionnement hydrauliques concurrentes dans un nombre croissant d’applications industrielles, particulièrement en aéronautique. Ils le doivent à leurs rendements élevés et à une relative simplicité de commande. Fort de ces avantages, cette technologie a été mise en place dans le cadre du projet ELEXC, en vue de remplacer les vérins hydrauliques sur une mini-excavatrice tout-électrique et s’attaquant pour la première fois au secteur du bâtiment et des travaux publics. Cependant, cette intégration s’accompagne de doutes sur la performance et la durabilité de ces actionneurs dans ce cas précis d’utilisation. Pour répondre à ces interrogations, ce manuscrit se focalisera dans un premier volet sur la caractérisation des performances d’une structure spécifique, permise par la mise en place d’un banc de test multi-énergies instrumenté. Cette étude aboutira à la mise en place d’un modèle par lois physiques dont les paramètres auront été identifiés expérimentalement.Deux solutions innovantes vont ensuite être proposées, visant respectivement à réduire les répercussions, notamment énergétiques, de la caractéristique discrète du convertisseur à découpage, et à parer au manque de compliance de l’actionneur tout en conservant ses capacités de creusage. Elles seront toutes deux associées au concept de commande prédictive, mais offriront chacune une spécificité par rapport à l’implémentation standard de ce type de commande tout en conservant ses avantages. La première prendra la forme d’un modulateur fondé sur le principe d’une modulation de largeur d’impulsion vectorielle, dont la séquence sera sélectionnée par un contrôleur prédictif en rapport avec une fonction de coût alliant les ondulations de courant, les pertes par commutation et la tension de mode commun spécifiques aux séquences. La seconde consistera en un contrôleur d’impédance à boucle de position interne, dont les paramètres d’impédance seront variables et définis par un contrôleur prédictif afin de permettre une bonne pénétration dans l’environnement tout en limitant la dynamique et la valeur maximale de l’effort de compression sur la transmission. / Nowadays, the electro-mechanical actuators (EMA) are seen as an alternative to the conventional hydraulic cylinders in a growing number of industrial applications, including the aeronautic sector, thanks to their high efficiency and relatively simple commandability. According to this features, this actuator technology was selected to replace the hydraulic cylinders of the actuation system of a full-electric compact excavator in the ELEXC project. However, some concerns arose from the lack of existing examples with EMA functioning in relatively severe working conditions implying collisions of the actuators with stiff environments. Therefore, this manuscript will first focus on the characterization of the electro-mechanical actuator and of its performances in this specific case of application, enabled by the development of a multi-energy test-rig. Beside the validation of the EMA capacities, a physic law model will be developed, and its parameters tuned according to the experimental results. In a second part of this manuscript, two novel control laws will be proposed, aiming respectively to reduce the negative repercussions of the discrete characteristic of the electrical converter, and to counterpart the lack of natural compliance of the mechanical actuator. They will be both based on the concept of predictive control, but will differ from the conventional implementation of this type of controller. The first proposed topology is a modulator based on a vector Pulse Width Modulation, in which the PWM sequence to be used is defined online by a predictive controller according to a cost function that takes into account the current ripples, the switching losses and the common mode voltages specific to the sequences. Next, a position-based impedance controller, whose impedance parameters are defined online by a predictive controller, is introduced, in order to enable the EMA to penetrate a stiff environment with a relatively low dynamic increase of compression force on the mechanical transmission.