LOGICIEL DE CALCULS MECA3D. Aspects statique, cinématique et dynamique COMPRESSEUR A AIR TUTORIAL DE PRISE EN MAIN RAPIDE

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1 LOGICIEL DE CALCULS MECA3D Aspects statique, cinématique et dynamique COMPRESSEUR A AIR TUTORIAL DE PRISE EN MAIN RAPIDE Ce logiciel permet des études : Géométrique, Cinématique, Statique (pure), Cinématique et statique, Dynamique. Nous ne nous intéressons dans ce tutoriel qu à une étude cinématique et «statique», i.e. que les effets de masses et d inerties sont négligées (vitesses des pièces faibles, masses déplacées faibles, etc.). Préalable : Lancer SolidWorks (SW) Lancer Meca3d : outils/complements, cocher à droite et à gauche. Ouvrir le fichier d assemblage : compresseur Les fichiers sont disponibles sur le serveur, espace dépôts enseignant/marc Maldonado 1

2 Un onglet bleu doit apparaître à gauche en haut de l arbre de construction : Création des pièces et mise en place des liaisons Si le fichier d assemblage a été réalisé de façon à ce que chaque sous-assemblage corresponde à une classe d équivalence, alors il est possible d utiliser la fonction automatique : clic droit sur mécanisme/construction automatique. Le logiciel crée alors une pièce pour chaque sous assemblage, et définit une liaison entre chaque sous assemblage s il y a des contraintes associées. La modélisation suit donc exactement la procédure de création d un schéma cinématique minimal, i.e. avec au plus un modèle de liaison normalisée entre deux classes d équivalence. On trouve bien dans l arbre de construction Meca3D les quatre classes d équivalence : sous ensemble fixe (bâti), vilebrequin, bielle et piston. A fortiori (si si) les liaisons sont bien définies (pivot d axe horizontal entre le vilebrequin et le bâti, pivot d axe horizontal entre le pied de bielle et le vilebrequin, pivot glissant d axe horizontal entre le piston et le haut de bielle et pivot glissant entre le piston et le bâti). 2

3 Il est possible d afficher le graphe des liaisons (ici nommé le graphe de structure) : Clic droit sur analyse : Cette méthode est avantageuse mais parfois réductrice. 3

4 Simulation Bouton droit sur analyse/calcul mécanique : problème hyperstatique, de degré 1 (et pourquoi?) et avec une seule mobilité utile. Remplir par exemple le tableau ainsi (1500 tr/min, soit 25 tours par seconde, soit temps de calcul sur un tour : 1/25 sec) : attention à choisir la bonne liaison pilote (ici pivot 1) en la vérifiant dans l'arbre de construction. Lancer les calculs, puis fin. Résultats : simulation permet de visualiser les mouvements. Possibilité de créer très facilement un fichier avi (compression microsoft par exemple) : 4

5 Résultats Vitesse / accélération d une pièce Par exemple vitesse linéaire du piston : courbes/ajouter/simple Puis consulter : Autres possibilités : trajectoire, équiprojectivité des vitesses, etc. 5

6 VITESSE (et Accélération) d un point particulier Trajectoire d un point particulier et vitesse / accélération associées Si vous souhaitez obtenir la vitesse d un point particulier, il faut d abord le créer sur SW. Bouton droit trajectoire/ajouter : Par exemple pour visualiser la trajectoire d un point situé sur une arête du vilebrequin : la pièce de base correspond à la pièce (sous ensemble plus précisément) fixe, i.e. le bâti. Le point de passage est à indiquer, il appartient bien sûr à la pièce associée. Noter qu en cochant le triangle en bas à droite 6

7 il est possible de visualiser le champ des vecteurs vitesses par exemple. Valider (OK) pour quitter la boîte de dialogue trajectoire. Puis courbes/ajouter/simple : Choisir trajectoire, et par exemple vitesse suivant x (voir en bas à droite de la zone graphique SW pour repérer les axes de la base), puis consulter. 7

8 Pour exporter les données (courbes) sur Excel : Clic droit dans la zone de données numériques : Puis enregistrer les données, choisir l extension.xls FIN DU TUTORIAL CINEMATIQUE 8

9 Mise en place des efforts Pour l étude il faut imposer : 1 - un effort sur le piston (connu), 2 - un couple résistant sur le vilebrequin (inconnu) 1 Effort connu Créer un fichier Excel contenant uniquement une feuille et deux colonnes : temps & effort (sur un tour). Convertir le fichier Excel dans SW Meca3D avec Meca3D/courbes/import Excel : Sauvegarder avec l extension.crb 9

10 Puis définition de l action de l air comprimé : choisir un effort Variable, lié à la pièce Sélectionner une arête circulaire pour l action de l effort. Indiquer l orientation de la résultante en fonction du repère global de l assemblage. 2 couple inconnu Ajouter un couple inconnu lié au vilebrequin. 10

11 Attention pour les calculs, puisque le problème est hyperstatique, il faut définir des composantes hyperstatiques qui ne seront pas déterminées. On peut visualiser les résultats sur un sous-ensemble cinématique : bouton droit sur se bielle par exemple, isolement : En définissant une échelle (ici 300 et 400) et une couleur pour la résultante (rouge) et le moment (vert), on peut visualiser l évolution des actions mécaniques en fonction de la position de la bielle (en cliquant sur auto, ou position par position). 11

12 Etude plus soignée sur la base d un schéma d architecture Par exemple, si l on souhaite créer une liaison rotule + linéaire annulaire sur le guidage en rotation du vilebrequin (guidage sur deux paliers constitués de roulements rigides à billes), il faut : Retirer la liaison pivot entre le vilebrequin et le bâti : bouton droit sur pivot1, effacer. Basculer sur l arbre de construction SW. Cacher le vilebrequin et l entretoise dans le sous ensemble vilebrequin, puis insertion/géométrie de référence, point : créer un point au centre de la face cylindrique creuse de la bague intérieure du roulement : Réaliser un second point au niveau du deuxième palier. Réafficher les pièces cachées. Les deux points doivent être affichés dans l arbre de constuction SW de l assemblage. Cliquer sur chaque point dans l arbre de construction, outils, évaluer et noter les coordonnées des points. Rebasculer sur l arbre de construction Meca3D. 12

13 Puis liaisons, clic droit, ajouter, choisir par exemple la rotule, puis suivant. Choisir les deux pièces mises en jeu, puis définir le centre de la liaison au clavier (coordonnées du centre). se_fixe<1> Linéaire annulaire1 Pivot glissant2 Rotule1 se_piston<1> se_vilebrequin<1> Pivot glissant4 Pivot3 se_bielle<1> Si maintenant on choisit : analyse/calcul mécanique : le mécanisme est hyperstatique ; ceci est dû à l association des liaisons pivot et pivot glissant aux deux extrémités de la bielle. Pour palier ce problème, retirer la liaison pivot sur le pied de bielle, créer encore un point au centre de la liaison et ajouter une rotule