Raphaël ALLAIS. Agrégation de mécanique Epreuve de dossier industriel

Transcription

1 Raphaël ALLAIS Agrégation de mécanique Epreuve de dossier industriel 1

2 Cadre de l étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques 2

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4 Renault Carlos Ghosn Quelques chiffres clés Date de création : 1899 Rang mondiale : 4è avec Nissan Ventes en 2006 (VU+VP) : unités Chiffre d affaire en 2006 : 41 millions d euros 4

5 Véhicules Renault Véhicules Particuliers (VP) Twingo Clio Modus Kangoo Mégane Trafic VP Laguna Espace Vel Satis Thalia / Symbol Logan Clio Campus Véhicules Utilitaires (VU) Kangoo Trafic Master 5

6 L D.V.U. Villiers Saint Frédérique L i-dvu 6

7 Les adaptations complémentaires Véhicules nécessitant un équipement particulier et/ou une source d énergie supplémentaire Véhicules handicapés Véhicules de travaux Véhicules spéciaux Master frigorifiques 7

8 Master frigorifique Compresseur TM16 Source chaude Source froide Compresseur Régime (tr/min) Puissance (kw) Couple (Nm) Circuit frigorifique 8

9 Cadre d étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Les accessoires principaux Moteur Renault Phase accessoires (CA-DA) Pompe de direction assistée Alternateur Galet tendeur Galet enrouleur Courroie d accessoires Compresseur de climatisation Poulie motrice 9

10 Mise en place de l accessoire complémentaire Cas classique Avec adaptation - Alternateur - Pompe de DA - Compresseur de clim. - Alternateur - Pompe de DA - Compresseur de clim. TM16 L accessoire d adaptation complémentaire est mis en place au détriment de la climatisation 10

11 Problématique Comment raccorder le TM16 au moteur, sans faire défaut au compresseur de climatisation? 11

12 Solution envisagée Ajout d une seconde courroie d accessoire Direction assistée Alternateur Compresseur TM16 Poulie motrice Compresseur de climatisation 12

13 Adaptation de la poulie filtrante Poulie filtrante simple Poulie filtrante double Rajout d une série de vés pour accueillir la deuxième courroie 13

14 Mise en place du TM16 Objet de l étude Bloc Moteur Compresseur Support accessoire Poulie motrice 14

15 Objectif 15

16 Etude fonctionnelle du support Mise en place du cahier des charges Définitions des surfaces fonctionnelles principales Dessin sous un logiciel de CAO Cotation de la pièce Validation par calculs numériques 16

17 Etude fonctionnelle du support Etude fonctionnelle du support Définition du besoin : Graphe des prestations Groupe motopropulseur Le Compresseur Support accessoire complémentaire Mettre et maintenir en position Le support accessoire complémentaire rend service au groupe motopropulseur en mettant en position et maintenant en position le compresseur. 17

18 Etude fonctionnelle du support Phases du cycle de vie Conception Jalonnement, prototype et validation, etc. Fabrication Industrialisation, assemblage, etc. Logistique Conditionnement, stockage, livraisons, etc. Utilisation client Utilisation normale, incidentelle, etc. Logistique Commercialisation Montage Utilisation client dégradée Accident, etc. Maintenance Entretien, rechange, etc. Fin de vie Recyclage, destruction, etc. 18

19 Etude fonctionnelle du support Diagramme des interactions en phase d utilisation client Groupe motopropulseur FP1 Compresseur FC2 FC3 Support accessoire complémentaire FC1 FC4 Ambiance sous capot moteur Liste des fonctions FP1 Mettre et maintenir le support en position FC1 Résister aux efforts du compresseur FC2 Limiter les effets de fatigue FC3 Résister au milieu ambiant FC4 Permettre le réglage de la courroie 19

20 Mise en place du cahier des charges Mise en place du cahier des charges FC4 : Permettre le réglage de la courroie 2 types de courroies possibles Courroie classique Nécessité de mettre un système de tension Courroie élastique Pas besoin de système de réglage Mise en place d un galet tendeur Système permettant d augmenter l entraxe 20

21 Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Mettre en position Définir le petit déplacement limite autorisé du compresseur z Torseur des petits déplacements de la poulie du compresseur : R Z D Z x y O p D D D x y z R R R x y z r r r { x, y, z} R X D x D y R y 21

22 Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Contraintes données par le fournisseur de courroie Tolérance sur la longueur de courroie : Tolérance sur le désalignement* : ± 6 mm ± 3.23 mm *Tolérance sur le désalignement : 3.23mm x y mm 22

23 Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Tolérance de position radiale Poulie du TM16 Poulie motrice 264.3mm Tolérance de position axiale et d orientation Couplage entre D y, R x et R z Zones de tolérance R z ( ) R x ( ) R z ( ) x z Δr D y (mm) D y (mm) R x ( ) R x =0 R z =0 D y = R x ( ) D y (mm) R z ( )

24 Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Tolérance de position radiale Poulie du TM16 x z Poulie motrice 264.3mm Δr Tolérance de position axial et d orientation Seule la tolérance de position axiale est conservée 2.73 D y

25 Mise en place du cahier des charges Récapitulatif FP1 : Tolérance de positionnement radial : Ø 5.8mm FP1 : Tolérance de position axiale : ± 2.73 mm FC1 : Résistance face aux efforts du compresseur : la contrainte de Von Mises doit être inférieure : σ e /2 : en cas d utilisation normale σ e : en cas d utilisation incidentelle (descente de trottoir) FC2 : Modes propres de l ensemble {Support + compresseur} minimum : 160Hz 25

26 Surfaces fonctionnelles principales Surfaces fonctionnelles 2 «zones» fonctionnelles Liaison avec le bloc moteur Liaison avec le compresseur 3 bossages percés et taraudés en M8 Oreilles 26

27 Liaison avec le GMP Surfaces fonctionnelles Mise en position Maintien en position Axiale : Appuis plans des bossages Radiale : Centrage par vis par «pion-locating» Alésage avec jeu (montabilité) Serrage et adhérence par appuis des têtes de vis Alésage ajusté (pion) Support accessoire Trou oblong (locating) Surface fonctionnelles 27

28 Liaison avec le TM16 Surfaces fonctionnelles Mise en position Maintien en position Axiale : appui plan sur les oreilles du TM16 Jeu Support accessoire Appui plan Serrage et adhérence par appuis des têtes de vis Problème de serrage sur les oreilles «avec jeu» Radiale : par vis Ajout d une douille de serrage 28

29 Surfaces fonctionnelles Z Y Représentation des surfaces fonctionnelles principales Appuis plans des bossages Trou oblong Trous taraudés X Trou «avec jeu» Trou «ajusté» Guidage des douilles de serrage Appuis des oreilles du compresseur Appuis des têtes de vis 29

30 Cadre d étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Dessin sous Catia Dessin sous Catia

31 Dessin sous Catia Dessin sous Catia Z Y X Y Z X 31

32 Cotation Diagramme-bloc Cotation Flux de mise en position Flux d effort Flux de contact ou de non-contact Frontière de l étude Eléments étudiés Eléments de l environnement 32

33 Eléments de la cotation Réalisation du tableau d analyse fonctionnelle technique Cotation Eléments de référence principaux C A B 3 touches planes Alésage Trou oblong Montabilité (Vis, compresseur, ) Contraintes prises en compte Défaut de mise en position (Voir cahier des charges) Résistance de la pièce (pression des vis, actions du compresseur, ) 33

34 Exemple : Cotation du trou oblong 1 Montabilité = Position nominale des vis = Position réelle des vis = Support accessoire Cotation Cas 1 Cas 2 3 Résistance 2 Mise en position 34

35 Validation par calculs numériques 2 études menées Calculs numériques Etude statique Etude dynamique 35

36 Conditions limites X Z Calculs numériques Liaison souple avec le GMP Y Liaison non-rigide Pièce virtuelle rigide ( TM16) Représentation du torseur des actions mécaniques Contact surfacique Contact rigide Modélisation des actions du compresseur Centre de gravité du TM16 36

37 Etude statique Géométrie et paramètres de base. Calculs numériques Calcul Modifier la taille locale du maillage Erreur relative>5%? Non Oui Modifier la géométrie pour diminuer la contrainte Contrainte de Von Mises > 65Mpa? Non Oui Modifier la géométrie pour réduire la masse Masse satisfaisante? Non Oui 37

38 Résultats statiques Modifications apportées Calculs numériques Réduction de l épaisseur de la pièce Modification de la forme des nervures Masse initiale : 686 g Masse finale : 613 g (-10%) Etat de contraintes Pesanteur: 0g 1g 2g 4g Contrainte max MPa 58.9 MPa 57.4 MPa 54.4 MPa Contrainte max. admissible 130 MPa 65 MPa 65 MPa 130 MPa Pièce validée statiquement 38

39 Etude dynamique Calculs numériques Sans mode 1 er mode (244 Hz) 2 ème mode (271 Hz) 3 ème mode (801 Hz) Echelle des déplacements Fort La première fréquence propre est supérieure à la fréquence limite (160 Hz) La pièce est validée dynamiquement Faible 39

40 Application à la cotation 40

41 Application à la cotation Présentation de l activité : Niveau : BTS CPI (2 ème année) Situation dans le programme: S7 : Construction des systèmes techniques S71 : Analyse fonctionnelle S72 : Solutions associées aux liaisons S73 : Composants mécaniques de transmission S74 : Composants de conversion d énergie et de contrôle S75 : Ergonomie et sûreté des produits S76 : Relation «produitmatériau-procédé» S77 : Spécification des produits S771 : Cotation et tolérancement normalisé S772 : Démarche de détermination des spécifications d une pièce Description : Evaluation pour valider les connaissances obtenues aux modules S771 et S772 41

42 S771 : Cotation et tolérancement normalisé Objectif : l élève doit être capable de nommer et d interpréter la cotation d un dessin de définition. S772 : Démarche de détermination des spécifications d une pièce Objectif : l élève doit être capable de déterminer une cote répondant au cahier des charges Cahier des charges : - Jeu de montage mini : J mini = 1mm - Longueur mini de guidage : T mini = 15mm 112 ± ± ± ±0.1 J T?? ±?? 42

43 Pour Renault : Pièce fabriquée, et mise sur banc d essai Commercialisation en 2009 Sur le plan pédagogique: Problématique concrète sur un cas réel Point de vue personnel : Expérience TRES enrichissante. Découverte du bureau d étude. Grand apport pour ma culture générale. 43

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