Les innovations du Wellcom

SharcNT est le code de calcul en statique utilisé désormais par le groupe NTN « worldwide » pour dimensionner les montages mécaniques intégrant des roulements et engrenages, typiquement une boite de vitesse.

Cédric Burnet est ingénieur au département Recherche de la RID, Chef de projet SharcNT.

Arrivé en 2007 à NTN SNR, et basé sur le site d'Annecy au Service Calcul Eléments Finis, Cédric Burnet participe à la mise en place et à l’organisation de l'équipe Calcul Eléments Finis à Sibiu. En 2013, il travaille sur des codes de calcul tribologiques (la tribologie est la science des contacts entre 2 corps, très utile pour la lubrification des contacts). Il travaille sur les défaillances des roulements éoliens et le calcul de la puissance dissipée par les roulements. Cela lui donne l’occasion d’échanger régulièrement avec les équipes en charge du projet SharcNT en France, mais aussi au Japon. Fin 2017, Cédric Burnet prend en charge le projet sur sa partie Européenne, et plus précisément le développement des fonctionnalités, la formation et le support aux utilisateurs. SharcNT étant en partie basé sur un logiciel de calculs Eléments finis, il a pu très rapidement être opérationnel sur le projet.

Comment est né ce projet ?

Initié fin 2014, dans la démarche OneDesign, le projet SharcNT répond à un besoin de NTN Japon de faire progresser ses logiciels pour le calcul de la durée de vie des roulements. Ceux-ci dataient des années 70 et utilisaient une interface sous Excel et ne prenaient pas en considération la déformation des pièces environnantes du roulement (les carters par exemple). Or sous l’effet des nouvelles normes CO2 et de la recherche d’efficience, les systèmes mécaniques intégrant les roulements sont de plus en plus allégés et se déforment donc d’avantage, pouvant réduire considérablement la durée de vie des roulements.

Plusieurs possibilités s'offraient alors aux équipes japonaises: acheter un logiciel du commerce, développer un outil par eux-mêmes ou se baser sur le logiciel SharcLAB développé par NTN-SNR, plus récent et répondant largement à leur cahier des charges.

Leur choix s'est porté sur cette dernière option dans le cadre d’un projet commun.

SharcNT a été réalisé en 2 ans et répond aux besoins du Japon. Il est conçu en partenariat avec le DOI, les équipes Simulation au Japon et la direction RID. Le logiciel, d’abord déployé à l’ensemble du groupe en version de développement, est devenu l’outil officiel de calcul de la durée de vie des roulements au sein du groupe NTN en octobre 2020.

C'est un énorme avantage et un gain de temps pour tous ceux qui utilisent aujourd'hui cet outil, tous parlent le même langage.

La motivation et l'implication des équipes France et Japon, combinées avec les équipes de développement en Allemagne et aux USA, permettent une collaboration dynamique et enrichissante de manière à ce que l’outil soit toujours au plus proche des besoins des utilisateurs et au meilleur niveau de nos connaissances scientifiques : échange quotidien de

messages, visioconférence toutes les 3 semaines et un global meeting annuel entre les utilisateurs et les développeurs pour faire le point sur l'année écoulée et préparer les futures versions.

De nouvelles perspectives sont en discussion : commercialisation en mode SAAS, mise à disposition sous licence pour nos clients, modules de formation en e-learning, ....

Pour offrir à ses clients des possibilités élargies dans la conception des trains roulants automobiles, la direction Recherche Innovation Développement a mis au point un ensemble roulement de roue & transmission à encombrement axial drastiquement réduit, de plusieurs dizaines de millimètres.

Le projet 2SBS répond aux problématiques du marché de réaliser des roulements pour réduire l’encombrement lié aux évolutions d’architectures mécaniques des véhicules. La compréhension des enjeux techniques liés à la largeur du montage roulement/bol de transmission sur les performances du véhicule a été un point clé pour la réussite du projet.

La largeur d’un roulement de roue équipé d’une transmission impacte directement la cinématique de la roue d’un véhicule, notamment pour un train avant l’angle de braquage, qui sera plus ou moins important selon la position du centre de la transmission par rapport à la roue.

L’avantage d’utiliser un roulement étroit est de diminuer le rayon de braquage, et donc d’augmenter l’agilité en ville d’un véhicule par exemple, mais aussi de pouvoir utiliser un joint de transmission plus léger, tout en garantissant un haut niveau de fiabilité.

Le concept 2SBS : un allié vers une transition plus écoresponsable vis-à-vis des problématiques environnementales

Aussi, ce concept s’inscrit complètement dans la tendance marché. En effet, la vente des véhicules électriques est en forte augmentation, et de nouveaux véhicules sont en développement chez l’ensemble des constructeurs, profitant des retours d’expérience des premières générations. Par exemple, plusieurs constructeurs font le choix de développer un groupe motopropulseur électrique concentrique à l’axe des transmissions latérales. Le moteur électrique et son réducteur sont par conséquent plus large axialement, et les transmissions obligatoirement plus courtes.

Les constructeurs automobiles, soucieux d’offrir malgré tout un faible rayon de braquage, nous demandent de développer un roulement étroit. Ce qui pénalise la durée de vie et la rigidité du montage de roue, ainsi que la transmission, si on reste sur les concepts mécaniques classiques.

Le concept 2SBS améliore de manière très significative le compromis entre les contraintes de conception sur le roulement, les contraintes de conception sur la transmission, et l’angle de braquage, et permet de préserver la fiabilité et la rigidité du montage de roue tout en libérant de l’espace axial.

Roue36 : les étapes du projet
Le groupe NTN a l’avantage de disposer d’une double compétence de conception et fabrication de roulement et de transmission au travers de ses 2 filiales en Europe NTN-SNR à Annecy et NTE au Mans. Fort de cet atout, le projet de recherche et d’innovation a été lancé en février 2016, et différentes solutions techniques ont été imaginées et évaluées. Ce travail a aussi conduit au dépôt de brevets. Cela a permis de partager ces solutions avec des clients, et plusieurs d’entre eux ont déjà montré un intérêt à la proposition pour leurs futurs véhicules.

Deux concepts ont alors été sélectionnés pour la poursuite des études : -Le concept 2SBS, dans lequel le roulement et la transmission sont intégrés géométriquement mais restent indépendant et permettent de conserver un montage et démontage comme usuellement. C’est un concept plus adapté aux catégories de véhicules segments B C D.

- Le concept dit Gen4 constituant un ensemble roulement et transmission permet une optimisation poussée sur l’ensemble des critères, et pour lequel les opérations de montage et démontage sur véhicules sont adaptées à la nouvelle conception. C’est un concept plutôt adapté aux catégories de véhicules segments A ultra compacts ou à l’opposé sportif ou gros SUV. Ce concept Gen4 a d’ailleurs été utilisé et produit dans les années 80 pour les F1 RENAULT de l’époque.

En 2020, et après avoir affiné la définition technique en simulation, notamment par calcul éléments finis, il a été décidé de fabriquer des prototypes pour confronter le concept 2SBS à la réalité des essais sur banc. Grâce à l’implication du service prototypes, mais aussi du TMF, et des laboratoires de métallurgie et de métrologie, le montage des premiers prototypes a pu se finaliser en décembre 2020. Ces prototypes pourront être évalués au centre essais d’Annecy dès le mois de janvier 2021.

Après la phase de prototypage et en fonction des résultats obtenus, ce produit d’avenir pourra être présenté à nouveau et de manière plus large et précise à nos clients automobiles avant l’été 2021.

Alors que les fabricants utilisent majoritairement le plastique pour proposer des pièces allégées et flexibles, l’équipe Recherche Innovation et Développement de NTN-SNR prend le contre-pied et développe un roulement de butée de suspension avec un appui ressort en aluminium, plus rigide et facilement recyclable.

La genèse d’un projet ambitieux
Alors que le poids sur essieu des véhicules augmente (en particulier pour les véhicules électriques compte tenu de la masse des batteries) augmentant les contraintes mécaniques, les contraintes de recyclabilité ne cessent elles aussi d’être renforcées, ciblant notamment le plastique et les élastomères. Conscient de ces évolutions, NTN-SNR fait le choix de l’aluminium pour la pièce d’interface entre le roulement et le ressort de suspension de son nouveau roulement de butée de suspension.

Avantages d’une butée de suspension en aluminium
La conception de ce roulement a abouti à un design original et breveté :

• Plus robuste et rigide que les pièces en plastique, l’aluminium permet à ce nouveau roulement d’être moins sensible à la dispersion de fabrication des ressorts. Il ne menace plus de se déformer et à terme d’entrer en contact avec le couvercle, entraînant bruit et défaut de fonctionnement.
   
• Grâce à un gain de masse de 80 g, soit 13 % du poids total par rapport à une butée de référence avec support en plastique, le roulement NTN-SNR en aluminium permet de répondre indirectement aux réglementations de plus en plus strictes concernant les émissions de CO2 imposées aux constructeurs.
   
• L’utilisation d’aluminium rend ce roulement plus facilement recyclable apportant ainsi une véritable réponse aux tendances actuelles et aux normes européennes fixant un taux de recyclabilité des composants élevé.

Cerise sur le gâteau, la collaboration étroite entre RID et la direction des achats a permis d’identifier un fournisseur en région, en circuit court, permettant de simplifier les contraintes logistiques et avec lequel il a été possible de définir un produit économique et qui tient toutes ses promesses.

Une innovation prête à arriver sur le marché 
La butée de suspension avec support en aluminium a aujourd’hui atteint un degré de maturité technique et un niveau d’intérêt clients permettant d’envisager très prochainement un passage en phase de développement. Cette nouvelle butée de suspension sera présentée au marché en juin lors des CARA techDAYS, la journée technique internationale du pôle de compétitivité Automobile et transport de la région Auvergne Rhône Alpes.

Pour en savoir plus, nous vous invitons à prendre connaissance du Communiqué de presse