Étude de l'optimisation fiabiliste d'un moteur à ultrasons
Optimisation et fiabilité des systèmes complexes

4.1 Présentation du problème

Les moteurs ultrasonores à ondes progressives annulaires possèdent de nombreuses qualités dont les plus intéressantes sont une architecture simple, un couple important délivré à faible vitesse de rotation, un fort couple de maintien d'arrêt et une insensibilité aux champs magnétiques parasites. Ces caractéristiques les prédisposent à une utilisation en micromécanique de précision et leur ouvrent de nombreuses perspectives d'applications industrielles. Toutefois, si chaque jour, ces moteurs fonctionnent dans des systèmes mécatroniques complexes, la caractérisation du comportement mécanique réel de chacun des composants reste encore imparfaite. Dans cet exemple, on s'intéresse plus particulièrement au moteur piézo-électrique SHINSEI USR 60. L'augmentation nécessaire de la durée de vie de ce moteur, limitée par une usure importante de ses composants, impose une analyse approfondie de la structure dans ses conditions de fonctionnement. Pour mieux comprendre le mécanisme de dégradation par usure, nous proposons une étude de fiabilité du moteur SHINSEI USR 60 (figure 8). La caractérisation mécano-fiabiliste de l'interface de contact stator/rotor et de la répartition radiale de la pression de contact qui s'y exerce est notre principal objectif. Ces résultats nous permettent alors de proposer un ensemble de recommandations pour optimiser la sûreté de fonctionnement du moteur piézo-électrique. Sous conditions normales de fonctionnement, le moteur USR 60 est soumis à :

• un chargement statique axial de précontrainte entraînant des déformations axiales et radiales du stator et du rotor ;

• une excitation dynamique du stator, entraînant des déformations de flexion hors-plan qui, en se propageant dans le volume du stator, créent par entraînement, un déplacement de corps rigide du rotor ;

• des efforts de contact et de frottement statiques et dynamiques à l'interface de contact entre le stator et le revêtement de friction.

Le comportement mécanique des composants du moteur est complexe et impose un découplage des sollicitations. Une étude comparative des résultats permet d'appréhender l'influence de chacune sur le comportement global de la structure.

La première étape de cette étude est de proposer une modélisation numérique par la méthode des éléments...