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1 '266,(57(&+1,48( Ce dossier comprend 6 feuilles : ¾ '7: ¾ '7: ¾ '7: ¾ '7: ¾ '7: ¾ '7: - Présentation de l étude - Objectif de l étude - Domaine de l étude Présentation de la Suremballeuse WL 40 - Présentation du système transfert - Fonctionnement du système transfert Dessin d ensemble format A3H échelle 1:4,5 du système transfert - Dessin d ensemble format A3H échelle 1:2 du système de réglage de la tension de la courroie sur poulie libre - Nomenclature partielle du système de réglage Vue 3D du système de transfert du lot

2 35(6(17$7,21'(/ (78'( L entreprise CERMEX implantée à Corcelles les Citeaux (Cote d Or) conçoit et fabrique des machines d emballage pour les industries alimentaires et pharmaceutiques. Ces machines appelées suremballeuses permettent de conditionner des produits préemballés dans des cartons de moyennes dimensions en vue d une palettisation puis un transport vers les distributeurs. La société KRITER implantée dans le vignoble de Beaune souhaite acquérir 3 exemplaires d une machine d emballage : La suremballeuse :/. Cycle de conditionnement du produit sur la :/: Le document DT 2 présente les différentes étapes de conditionnement d un produit sur la machine. ZONE D ETUDE 2%-(&7,)'(/ (78'( La suremballeuse WL 40 permet le conditionnement de différents types de produits. L étude proposée consiste à déterminer et à implanter le motoréducteur répondant au cahier des charges fixé par la société KRITER. '20$,1('(/ (78'( 6\VWqPHGHWUDQVIHUWGXORW '7

3 PRESENTATION DE LA MACHINE : SUREMBALLEUSE WL 40 - CYCLE DE CONDITIONNEMENT DU PRODUIT POSITIONNEMENT DU LOT * Guidages efficaces * Positionnement précis * Lot maintenu * Transferts souples PLIAGE DES FLANCS INTERIEURS * Action réalisée dans l axe * Pliages francs * Flancs maintenus TRANSFERTS DES EMBALLAGES * Mécaniques * Contrôlés * Souples * Précis CALIBRAGE DE LA CAISSE * Encollage précis * Pressage homogène * Calibrage garanti CONSTITUTION DES LOTS * Possibilités multiples * Dispositifs adaptés * Transferts contrôlés Sortie du produit emballé pour palettisation EXTRACTION DANS L AXE * Simple * Efficace * Tolérante STOCKAGE DES DECOUPES * Autonomie * Simplicité * Extraction facilitée Arrivée du produit pré-emballé WL 40 Cermex WL 40 Cermex Les produits : ZONE D ETUDE : Transfert des lots du tapis d arrivée à la zone d emballage DT 2

4 PRESENTATION DU SYSTEME TRANSFERT Courroie d entraînement crantée : Ref. : 50 T10 / 2115 SYN soudée SYNCHROFLEX Largeur 50 mm p = 10 mm Longueur : 2115 mm Poulie motrice : Poulies pour courroie largeur 50 mm : Z = 40 dents Diamètre primitif dp = 125,45 mm pas p = 10 mm Équipée de 2 flasques Matière : AU4G Paliers de guidage poulie motrice : Paliers Y à semelle fonte Ref. : SY 30 TF (SKF) Avec : - Roulement YAR 206-2F - Corps SY 506 M Lubrification : Graisse (Graisseur incorporé) Arbre de transmission + accouplement Châssis machine Moto réducteur : (à déterminer) Paliers de guidage poulie libre : Caractéristiques identiques aux paliers de guidage poulie motrice Poulie libre : Caractéristiques identiques à la poulie motrice Vérin de translation verticale double effet : Ref. : JOUCOMATIC C25 A160-DM 25 mm course 160 mm Amortissement pneumatique réglable ISOCLAIR Equipement : - Articulation arrière Ref. : Chape mâle avec rotule Ref. : Détecteurs Magnétiques Glissière de guidage horizontale : Guides à billes 1622 étroit taille 25 classe P (STAR) Rail en acier pour guide taille 25 Glissière de guidage verticale : Guides à billes 1622 étroit taille 25 classe P (STAR) Rail en acier pour guide taille 25 Plaque de poussée du lot r x Sens du déplacement des lots r z r y FONCTIONNEMENT DU SYSTEME TRANSFERT (Voir aussi DT4) Le mouvement de translation du lot est obtenu par l action d une plaque de poussée guidée en translation par rapport au bâti de la machine. Une courroie crantée, liée à la plaque de poussée, est animée d un mouvement alternatif grâce à une poulie solidaire de l arbre d un motoréducteur. Un vérin double effet permet de relever la plaque de poussée lors de son retour en position initiale. DT 3 Position initiale (plaque de poussée en position haute) Retour en position initiale Descente de la plaque de poussée Remontée de la plaque de poussée Déplacement du lot

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7 6286(16(0%/((78',(6<67(0('(75$16)(57'8/27 '7

8 '266,(55(66285&(6 Ce dossier comprend 5 feuilles : ¾ '5: ¾ '5: ¾ '5: ¾ '5: ¾ '5: Extrait du catalogue SEW-USOCOME «Motoréducteurs» (Désignations) Extrait du catalogue SEW-USOCOME «Motoréducteurs» (Tableau de sélection) Extrait du catalogue SEW-USOCOME «Motoréducteurs» (Dimensions) Extrait du catalogue PAULSTRA «Accouplements» (Présentation «MINIFLEX») Extrait du catalogue PAULSTRA «Accouplements» (Caractéristiques dimensionnelles et gamme de puissance «MINIFLEX»)

9 EXTRAIT DU CATALOGUE SEW-USOCOME «MOTOREDUCTEURS» ([HPSOHGHGpVLJQDWLRQG XQPRWRUpGXFWHXU 'pvljqdwlrqghvupgxfwhxuvhwohxuvrswlrqv /HVWDEOHDX[GHVpOHFWLRQVRQWFRPSRVpVGHVpOpPHQWVVXLYDQWV '5

10 EXTRAIT DU CATALOGUE SEW-USOCOME «MOTOREDUCTEURS» '5

11 EXTRAIT DU CATALOGUE SEW-USOCOME «MOTOREDUCTEURS» '5

12 EXTRAIT DU CATALOGUE PAULSTRA «ACCOUPLEMENTS» '5

13 EXTRAIT DU CATALOGUE PAULSTRA «ACCOUPLEMENTS» '5

14 - TRAVAIL DEMANDE - Ce dossier comprend 6 feuilles : ETUDE DU SYSTEME TRANSFERT : TD 1 : - Etude du cycle de transfert - Etude du réglage de la tension de la courroie ETUDE MECANIQUE DU SYSTEME TRANSFERT : TD 2 : TD 3 : TD 4 : - Vérification de l amplitude du déplacement du lot - Détermination du motoréducteur - Détermination du motoréducteur (suite) - Détermination du motoréducteur (fin) IMPLANTATION DU MOTOREDUCTEUR : TD 5 : TD 6 : - Liaison complète motoréducteur / châssis mécano soudé - Analyse fonctionnelle de l accouplement «MINIFLEX» - Analyse fonctionnelle de l accouplement «MINIFLEX» (fin) Il est porté à l attention du candidat que toutes les parties sont indépendantes et que chaque partie possède elle-même des questions indépendantes.

15 1 ERE PARTIE : ETUDE DU SYSTEME DE TRANSFERT Le but de l étude est d appréhender le mécanisme «système de transfert». On se propose de l analyser dans sa phase de fonctionnement, puis dans sa phase de mise au point. 1.1 ETUDE DU CYCLE DE TRANSFERT Répondre sur le document FR 1. A partir du document DT 3 et en utilisant le schéma de l étape 0, compléter les noms des différents éléments principaux du système transfert Répondre sur le document FR 1. Les schémas repérés Etape 1 à Etape 4 reprennent schématiquement le cycle de transfert d un lot. Pour chaque étape : * Entourer en couleur l actionneur réalisant le mouvement et donner le nom de cet actionneur ; * Indiquer le type d énergie nécessaire à l actionneur pour assurer le mouvement durant l étape ; * Indiquer sur le schéma de l étape, à l aide de flèches ou (suivant le type et les axes du mouvement) le sens des déplacements de chacun des éléments principaux en mouvement. 1.2 ETUDE DU REGLAGE DE LA TENSION DE LA COURROIE CRANTEE Répondre sur le document FR 2. Détail du mécanisme de réglage : Voir les documents DT 5 et DT 6. Condition de faisabilité : Les vis 5 sont légèrement desserrées. Etat considéré : Réglage de la tension de la courroie 7. On définit les différents Groupes de Pièces Cinématiquement Liées suivants : { 1 } = { 1, 8, 9, 10, 11, 12, 13 } { 2 } = { 2, 5, 6, 16, 17, 18} { 3 } = { 3, 14, 15 } { 4 } = { 4, 19, 20 } Travail demandé : * Sur le document FR 2, colorier d une couleur différente chaque groupe de pièces cinématiquement liées et compléter le tableau en indiquant : - Les degrés de mobilité de la liaison considérée ; - Le nom de la liaison considérée ; - La solution technologique utilisée pour réaliser la liaison. * Compléter sur le document FR 3 le schéma cinématique minimal plan du système de réglage. Utiliser les couleurs définies précédemment. * Durant la phase de réglage de tension de la courroie, préciser sur FR 3: - Le mouvement d entrée (avec le nom du groupe en mouvement); - Le mouvement de sortie (avec le nom du groupe en mouvement). * Compléter sur FR 3, le schéma bloc représentant l enchaînement chronologique des étapes à respecter pour réaliser le réglage de la tension de la courroie. TD 1

16 2 EME PARTIE : ETUDE MECANIQUE DU SYSTEME TRANSFERT Une analyse de la valeur menée au sein de la société KRITER a démontré un manque d efficacité au niveau du poste «conditionnement du produit» : les cadences doivent être augmentées et actuellement le parc des machines ne le permet pas. Pour remédier à ce problème, il a été décidé d acquérir 3 exemplaires d une machine d emballage : La suremballeuse WL40. Le but de l étude est de les adapter à ces nouvelles performances. 2.1 VERIFICATION DE L'AMPLITUDE DU DEPLACEMENT DU LOT Répondre sur le document FR 4. Indiquer tous les détails des calculs sur feuille de copie si nécessaire. Objectif : Vérifier que la nouvelle cadence imposée au lot permet d'obtenir le déplacement exigé. Données : Graphe des vitesses du Lot V L =f(t) représentatif des nouvelles cadences imposées par l analyse de la valeur. L Mouvement du sous ensemble de poussée E : Translation d axe x Contrainte imposée : Course totale du lot : 540 ±3 mm A partir du graphe des vitesses du lot V L =f(t), remplir le tableau (sur le document FR 4) en indiquant, pour chacune des trois phases, les conditions initiales et finales, et en calculant l'accélération et la vitesse du lot Pour chacune des trois phases du mouvement du lot, déterminer les équations du mouvement en fonction du temps: x L (t) = f(t). Remarque : Pour t = 0, x L = Calculer la distance parcourue par le lot au bout d un cycle (t=1s.) : x L (t=1s). Cette distance vérifie-t-elle la contrainte imposée? 2.2 DETERMINATION DU MOTOREDUCTEUR Cette partie a pour but de choisir un motoréducteur à partir de la détermination de ses performances DETERMINATION DE LA FREQUENCE DE ROTATION DU MOTOREDUCTEUR Répondre sur le document FR 5. Objectif : Déterminer la fréquence rotation du motoréducteur vérifiant la cadence imposée. Données : La poulie motrice P est liée complètement à l'arbre de sortie du motoréducteur M. Diamètre primitif de la poulie motrice P: d P = 125,45 mm L'ensemble de poussée E est lié complètement à la courroie crantée C Contrainte imposée par la cadence : Vitesse du lot en régime établi V L = 663,4 mm/s Voir documents DT3 et DT En considérant que pendant son déplacement le lot L n'a aucun mouvement relatif par rapport à l'ensemble de poussée E, donner la relation existant entre V L (vitesse de déplacement du lot L, mm/s) et V E (vitesse de déplacement de l'ensemble de poussée E, mm/s) Donner la relation existant entre V E et V C (vitesse d'avance de la courroie C, mm/s) Exprimer ω P (vitesse de rotation de la poulie motrice P, rad/s) en fonction de d P et V C. Effectuer l'application numérique. TD 2

17 Donner la relation existant entre ω P et ω M (vitesse de rotation en sortie du motoréducteur M, rad/s) Exprimer N M (fréquence de rotation en sortie du motoréducteur M, tours/min) en fonction de ω M. Effectuer l'application numérique DETERMINATION DU COUPLE NOMINAL Répondre sur le document FR 5 et FR 6. Objectif : Déterminer le couple de démarrage imposé par la cadence (régime transitoire PHASE 1), afin de connaître le couple nominal minimal du motoréducteur. Données : Masse du lot L à déplacer : M L = 8 x 1,25 = 10 Kg Masse du sous-ensemble de poussée E : M E = 15Kg Accélération B de la pesanteur : g = 10 m/s 2 Courbe relevée expérimentalement de l effort à fournir E /L par l ensemble de poussée E sur le lot L, pour le B déplacer à l accélération exigée, en fonction du poids de ce dernier : (N) R R/E R E T C/E E /L P L (N) B L/E = - B E/L B Hypothèse : Les forces extérieures appliquées sur E sont contenues dans (B, x, z) défini sur la figure ci-dessus. x Contrainte imposée par la cadence : Quels que soient les résultats obtenus précédemment on prendra : Accélération du lot L en régime transitoire (phase 1): a L = 2650 mm/s 2 On isole l ensemble de poussée E (voir figure ci-dessus). Le Principe Fondamental de la Dynamique appliqué à E permet d écrire en projection sur x : B L/E. x + T C/E. x + R R/E. x + P E. x = M E. a E. x Avec : a L = a E B E/L = - B L/E action de E sur L modélisée au point B T C/E action de traction de la courroie sur E modélisée au point T et de direction x R R/E action de Rail de guidage sur E modélisée au point R et de direction z P E P poids de l ensemble E modélisé au point G E Calculer le poids L du lot à déplacer, puis relever sur la courbe ci-dessus la valeur de l effort correspondant. (Répondre sur FR 5) B E / L TD 3

18 Développer si nécessaire vos calculs sur feuilles de copie Ecrire l équation littérale issue de la projection de la résultante dynamique sur x. Calculer alors la valeur T C/E (N). (Répondre sur FR 6) Donner la relation littérale liant le couple C M (Nm) à fournir par le motoréducteur sur la poulie motrice en fonction du diamètre d P de la poulie et de la tension T C/E. Effectuer l application numérique. (Répondre sur FR 6) Pour le moteur intervenant dans le motoréducteur, il existe la relation suivante liant le couple de démarrage nécessaire au moteur (C M ) au couple nominal (C n ): C M C n = 1,2 En déduire alors la valeur C n du couple nominal minimal du motoréducteur. (Répondre sur FR 6) DETERMINATION DE LA PUISSANCE DU MOTEUR Répondre sur le document FR 6. Objectif : Déterminer la puissance minimale nécessaire au motoréducteur pour répondre aux contraintes de la cadence (régime établi PHASE 2). Données : quels que soient les résultats trouvés précédemment on prendra : C n = 16 Nm ω M = 10,57 rad/s Donner la relation liant la puissance P (W) à fournir par le motoréducteur en fonction de sa vitesse de rotation ω M (rad/s) et de son couple nominal C n (Nm). Effectuer l application numérique On donne le rendement global du système : η g = 0,95 Exprimer la relation liant la puissance réelle du moteur P M (W) en fonction de P (W) et de η g. Calculer alors la valeur de P M CHOIX DU MOTOREDUCTEUR Répondre sur le document FR 6. Objectif : Choisir dans les documents constructeurs (voir documents DR 1, DR 2 et DR 3) un motoréducteur correspondant aux caractéristiques trouvées précédemment. Données : quels que soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P M = 180 W La société SEW-USOCOME développe des motoréducteur pour différentes applications industrielles. Vous trouverez dans le dossier ressources un extrait de ses documents constructeur (DR 1, DR 2 et DR 3) Rappeler les caractéristiques du motoréducteur trouvées précédemment à partir desquelles vous ferez votre choix (N M, C n, P M ) On souhaite que le motoréducteur soit composé d un réducteur à couple conique, à flasque bride B5, et sans option moteur. A partir des documents constructeur (voir documents DR1, DR2, et DR3) donner la désignation du motoréducteur retenu. TD 4

19 3 EME PARTIE : IMPLANTATION DU MOTOREDUCTEUR Le but de cette étude est d implanter le motoréducteur sur la suremballeuse WL LIAISON COMPLETE MOTOREDUCTEUR - CHASSIS MECANO SOUDE DE LA SUREMBALLEUSE Répondre sur les documents FR 7 et FR 8. Objectif : Représenter la solution technologique permettant la liaison complète entre le motoréducteur et le bâti mécano soudé de la machine Produire un dessin à main levée définissant les formes de la zone du bâti intervenant dans la liaison complète 3/1 (bâti/corps du motoréducteur) Mettre en évidence (en vert) les surfaces intervenant dans la mise en position ; Mette en évidence (en bleu) celles intervenant pour le maintien en position Afin de préparer la définition sur modeleur volumique des modifications à apporter aux formes du bâti, on demande : définir les paramètres nécessaires à la définition des surfaces fonctionnelles du bâti qui interviennent dans la liaison Définir les contraintes d assemblage nécessaires entre les surfaces du bâti et celles du motoréducteur. 3.2 LIAISON ARBRE D ENTREE DE LA SUREMBALLEUSE-ARBRE DU MOTOREDUCTEUR PAR UN ACCOUPLEMENT «MINIFLEX» Objectif : Analyser et valider l accouplement élastique installé entre l arbre moteur du motoréducteur et l arbre solidaire de la poulie motrice. (voir FR 7) Le châssis de la machine est conçu à l aide de pièces assemblées par vis ou par soudures. Ce type de construction engendre des difficultés de liaison entre les 2 arbres : * Problème de coaxialité * Problème d alignement. Compte tenu de ces difficultés, des vitesses et des efforts transitant dans le système, la société CERMEX a décidé d utiliser un accouplement type MINIFLEX (voir documents DR4, DR5 et FR 7) pour solidariser l arbre de sortie du motoréducteur à l arbre de la poulie motrice. Analyse de la fonction : «Accoupler 2 arbres en permanence» FP Accoupler 2 arbres en permanences FT1 Lier complètement l accouplement à l arbre moteur FT2 Transmettre le couple FT3 Limiter les pertes énergétiques FT4 Lier complètement l accouplement à l arbre récepteur TD 5

20 3.2.1 ANALYSE DES FONCTIONS FT1 ET FT4 Répondre sur le document FR9. Les 2 liaisons complètes considérées sont conçues de manière identique (une seule représentée en perspective éclatée sur FR 9): - Mise en position réalisée par centrage long et interposition d un obstacle. - Maintien en position à définir Colorier en vert les surfaces fonctionnelles sur les 2 pièces, réalisant le centrage long et indiquer les degrés de liberté supprimés par cette surface. Donner les valeurs des diamètres des centrages longs Indiquer quel est le type d obstacle qui participe à la mise en position. Colorier les surfaces fonctionnelles relatives à cet obstacle en bleu et indiquer les degrés de liberté supprimés Indiquer quel est l élément qui réalise le maintien en position, et le colorier en rouge. Indiquer les degrés de liberté supprimés Justifier alors que la liaison obtenue est bien une liaison complète CHOIX D UN ACCOUPLEMENT «MINIFLEX» Répondre sur le document FR A partir de la gamme de puissance proposée par le fabricant de l accouplement «MINIFLEX» (voir document DR 5), des caractéristiques du motoréducteur choisi (C n = 17 Nm, P M = 0,18 KW, N M = 101 tours/min) et de l nalyse précédente ; donner la ou les référence(s) du ou des accouplement(s) possible(s). Justifier par une courte explication écrite Expliquer quels sont les usinages à réaliser sur chacun des deux manchons de l accouplement choisi. TD 6

21 - FEUILLES REPONSES - Le candidat rendra au minimum une feuille de copie avec toutes les feuilles réponses. Ce dossier comprend 10 feuilles : FR 1 : FR 2 : FR 3 : FR 4 : FR 5 : FR 6 : FR 7 : FR 8 : FR 9 : FR 10 : - Etude du cycle de transfert - Réglage de la tension de la courroie - Réglage de la tension de la courroie (fin) - Vérification de l amplitude du déplacement du lot - Détermination du motoréducteur - Détermination du motoréducteur (fin) - Définition des formes de la zone du bâti intervenant dans la liaison complète 3/1 - Paramètres de définition des surfaces fonctionnelles du bâti et contraintes d assemblage entre les surfaaces du bâti et celles du motoréducteur - Analyse des fonctions FT1 «Lier complètement l accouplement à l arbre moteur», et FT4 «Lier complètement l accouplement à l arbre récepteur» - Choix d un accouplement «MINIFLEX»

22 1.1 ETUDE DU CYCLE DE TRANSFERT Poulie motrice Poulie libre FR 1

23 1.2 REGLAGE DE LA TENSION DE LA COURROIE Condition de faisabilité : Les vis 5 sont légèrement desserrés. Etat considéré : Réglage de la tension de la courroie 7. Groupes de Pièces Cinématiquement Liées { 1 } = { 1, 8, 9, 10, 11, 12, 13 } { 2 } = { 2, 5, 6, 16, 17, 18 } { 3 } = { 3, 14, 15 } { 4 } = { 4, 19, 20 } Tableau des liaisons : 2 FR 2

24 1.2 REGLAGE DE LA TENSION DE LA COURROIE Schéma cinématique minimal plan : Réglage de la tension de la courroie : Mouvement d entrée : Groupe en mouvement : Mouvement de sortie : Groupe en mouvement : Enchaînement chronologique des étapes pour réaliser le réglage de la tension de la courroie : Desserrer légèrement les vis 5 FR 3

25 2.1 VERIFICATION DE L'AMPLITUDE DU DEPLACEMENT DU LOT Graphe des vitesses du Lot V L =f(t) et tableau associé: L a L = a L = a L = V L (t) = V L (t) = V L (t) = Equation du mouvement en position pour le lot PHASE 1 PHASE 2 PHASE 3 x L (t) = x L (t) = x L (t) = Distance parcourue par le lot : x L (t=1s) = mm Cette distance vérifie-t-elle la contrainte imposée? FR 4

26 2.2 DETERMINATION DU MOTOREDUCTEUR Relation entre V L et V E Relation entre V E et V C ω P en fonction de V C et d P Application numérique: ω P = ω P = rad/s Relation entre ω P et ω M N M en fonction de ω M Application numérique: N M = N M = tours/min P P = N L Valeur calculée de L L Valeur relevée de B E / = B E / L N FR 5

27 2.2 DETERMINATION DU MOTOREDUCTEUR Poulie motrice Figure 2 T E/C d P Figure 1 x Equation issue de la projection de la résultante dynamique sur x (cf fig.2) Valeur de T C/E T C/E = N C M en fonction de d P et de T C/E (cf fig.1) Application numérique: C M = C M = Nm Valeur de C n C n = Nm P en fonction de ω M et de C n Application numérique: P = P = W P M en fonction de P et de η g Application numérique: P M = P M = W Caractéristiques du motoréducteur N M = C n = P M = Désignation du motoréducteur choisi FR 6

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29 3.2.1 ANALYSE DES FONCTIONS FT1 ET FT4 z x y 7 ou 8 Arbre (Moteur ou Récepteur) Degrés de liberté supprimés par le centrage long Vis (4 ou 5) manchon Type d obstacle participant à la mise en position Degrés de liberté supprimés Diamètres des centrages longs Coté suremballeuse : Coté motoréducteur : Elément réalisant le maintien en position Degrés de liberté supprimés Justification de l obtention d une liaison complète FR 8

30 3.1.3 DEFINITION SUR MODELEUR VOLUMIQUE Paramètres nécessaires à la définition des surfaces fonctionnelles du bâti repère de la surface paramètres de définition P1 Cylindre : Diamètre D1 Longueur L Contraintes d assemblage contrainte N 1 Coaxialité entre l axe de P1 appartenant au bâti et l axe de la surface correspondante du motoréducteur. FR 9

31 3.2.3 CHOIX D UN ACCOUPLEMENT MINIFLEX Référence(s) du ou des accouplement(s) possible(s) Quels sont les usinages à réaliser sur chacun des deux manchons de l accouplement FR 10