Les broches d’Usinage à Grandes Vitesses sont des systèmes mécaniques très précis au comportement dynamique complexe et sensible. La moindre instabilité lors de l’usinage peut générer des défauts sur les pièces et réduire considérablement la durée de vie de la broche. Afin de prédire et mieux comprendre le comportement dynamique de telles broches, notamment vis-à-vis des conditions d’exploitations (vitesses de rotation, température, usure, …) un modèle numérique basé sur une approche phénoménologique est proposé. Dans un premier temps le comportement axial du système de roulements préchargés est considéré. L’équilibre axial est résolu de manière itérative en calculant les raideurs des roulements à partir d’un modèle analytique tenant compte notamment des effets dynamiques sur les billes. Ce modèle axial est recalé grâce à des mesures expérimentales de chargement axial de broche et permet l’obtention des matrices de raideurs des roulements ainsi que des valeurs des efforts et des raideurs de précharge de la broche étudiée. Un modèle de comportement dynamique global est alors développé. Un excitateur électromagnétique permettant d’appliquer une excitation dynamique sur la broche en rotation est utilisé pour rendre possible l’identification des paramètres du modèle. Celui-ci est enrichi pour modéliser au mieux le comportement observé expérimentalement. Le modèle numérique est alors utilisé pour étudier l’influence des conditions d’exploitations sur le comportement dynamique de la broche et sur sa stabilité en usinage. / High Speed Machining spindles are very efficient systems with a complex and sensitive dynamic behavior. Stability issues during machining can lead to bad quality of machined parts and also can reduce spindle lifetime. During this thesis, a numerical model has been developed to predict such instabilities. It also aims to improve the understanding of the spindle behavior and its variations with operating conditions (spindle speed, temperature, wear …). A phenomenological approach has been chosen for the model. At first, the axial behavior of the preloaded bearing system is considered. The axial equilibrium is resolved iteratively. The bearing stiffness are obtained from an analytical model that considers dynamic effects on bearing balls. The model updating performed on this axial model with a specific experiment lead to the complete bearing stiffness matrices and to preload parameters values. A radial model of the dynamic behavior of the spindle is then developed. An electromagnetic excitation device is used to measure the dynamic behavior of the spindle while rotating. The model parameters are identified from this experiment and some enrichment are proposed to improve the simulations results. Simulations are finally performed to study the influence of the operating conditions on the dynamic behavior of the spindle and also on its stability.

Parmi tous les composants mécaniques présents dans un moteur d'avion, les roulements tiennent une place majeure puisqu'ils assurent la liaison entre les parties tournantes, les rotors, et les parties fixes, les stators. Pour assurer leur bon fonctionnement, un jeu radial interne est nécessaire. Les roulements présentent de ce fait une non-linéarité forte qui peut affecter le comportement vibratoire de la structure. L'objectif de cette thèse, réalisée en collaboration avec la société Snecma Moteurs, est d'étudier l'influence de ce jeu fonctionnel sur la dynamique rotor. A cette fin, un banc expérimental, dénommé banc Dynamique D'Ensemble, a été réalisé. Dans un premier temps, l'aspect modélisation des roulements sera traité. Le modèle proposé, qui prend en compte le jeu radial et considère le contact bille/bague comme hertzien, nécessite cependant des outils de calcul appropriés. Nous présenterons alors la méthode de tir multiple et la méthode des éléments finis en temps avant de montrer les résultats de calculs effectués sur divers exemples. Dans un second temps, nous présenterons le banc Dynamique D'Ensemble qui permettra de valider expérimentalement les modèles de roulements utilisés. Ce banc a été conçu pour être le plus simple possible, tout en restant le plus représentatif d'un moteur d'avion. Nous exposerons tout d'abord les aspects dimensionnement et recalage, puis les premiers résultats obtenus sur banc tournant.