Cours ; Exercices TCT ; 1ère ST... et 2 ème SM-B-

Transcription

1 MODÉLISATION DES MÉCANISMES I- POURQUOI MODÉLISER UN MÉCANISME RÉEL? Tout bon mécanicien possède une boîte à outils au conditions d'utilisations particulières. Dans notre cas ces outils sont par eemple : La Cinématique La Statique La Dnamique La Résistance des matériau... Le domaine de validité de ces outils implique la mise en place d'hpothèses simplificatrices. Boîte à outils Celles-ci vont aboutir à la création d'une image de l'objet réel sur laquelle nos outils seront utilisables : c'est la phase de modélisation. Selon les hpothèses, le modèle sera plus ou moins proche de la réalité, il conviendra donc lors de chaque étude de vérifier la validité de ces hpothèses par rapport à l'objet réel. II- LIAISONS ENTRE DEUX SOLIDES : Une liaison entre deu solides est une relation de CONTACT entre deu solides. LES DIFFÉRENTS TYPES DE CONTACT PONCTUEL LINÉAIRE RECTILIGNE LINÉAIRE ANNULAIRE SURFACIQUE PLAN SURFACIQUE CYLINDRIQUE SURFACIQUE SPHÉRIQUE Degrés de liberté d'une liaison : C'est le nombre de mouvement relatifs (mobilités) élémentaires indépendants autorisés par cette liaison. Degrés de liaison: C'est le nombre de déplacements élémentaires interdits. Remarque : On notera que pour une liaison, la somme des degrés de liberté et des degrés de liaisons est égale à 6. Un solide libre dans l espace possède 6 degrés Un avion volant dans l air de libertés et 0 degré de liaison. III- CONTACT RÉEL OU PARFAIT : Le déplacement d une pièce par rapport à l autre peut se faire soit par glissement (translation) où par roulement (rotation) : Dans le cas de contact réel, ce déplacement provoque le frottement d où échauffement des surfaces en contact ; alors, il est nécessaire de lubrifier soit par graisse soit par l huile. Dans le cas de contact parfait les forces de contact sont supposées perpendiculaires à la surface de contact. 256

2 IV- DIFFÉRENTES LIAISONS : (T : Translation ; R : Rotation ; T : non Translation ; R : non Rotation) Nom de Matérialisation Schématisation Schématisation mvt la liaison des contacts spatiale (3D) plane (2D) autorisé mvt interdit Encastrement (Fie) ou pivot ou Glissière ou Pivot glissant ou Hélicoïdale Hélice droite ou Rotule (Sphérique) Appui-plan Linéaire annulaire Linéaire rectiligne Ponctuelle 257

3 La liaison hélicoïdale autorise 2 mouvements mais liés (une rotation et une translation dépendantes). Elle ne possède donc qu'un seul degré de liberté (et non 2 degrés de liberté indépendants), mais elle interdit bien 2 rotations et 2 translations. V- TISATION : 5.1- Définition : C est une présentation graphique simplifié, faisant apparaître les pièces d un mécanisme et leur liaison, sans tenir compte les formes et les dimensions Schéma cinématique minimal : (schéma de principe) Définit le fonctionnement de la façon la plus simple, seul les différents mouvements relatifs Schéma technologique : C est un schéma qui fait apparaître toutes les liaisons d un mécanisme, la liaison encastrement doit apparaître sur ce schéma pour des raisons des usinages et des montages. Encastrement Glissière Hélicoïdale 5.4- Tpe de représentation et commentaires : Eemple : Schéma cinématique (2D et 3D) et schéma technologique d un serre-joint. Schéma cinématique en 2D Smbole indiquant la pièce de référence (fie durant le fonctionnement) Smbole normalisé de la liaison placé convenablement orienté sur le schéma. Pour déterminer la nature de la liaison, consulter la page précédente. (Liaison hélicoïdale dans ce cas). Les pièces composant une même classe d équivalence cinématique sont représentées par un seul trait continu fort. Schéma cinématique en 3D Schéma technologique en 2D 258

4 VI- ÉTUDE DE CAS : SERRE-JOINT Voir dessin en perspective et en vue éclatées : Le serre-joint étudié est un outil permettant de MAintenir en Position (MAP) (d'immobiliser) une ou plusieurs pièces entre elles afin de leurs apporter une modification comme : Soudage, collage, perçage 1- Indiquer la fonction globale du serre-joint dans l actigramme A0 ci-contre : 2- Indiquer le nom des pièces du serre-joint (nomenclature) du sstème étudier. 3- Indiquer le nom des aes sur l éclatée et la perspective du sstème étudier Classe d équivalence : Groupe de pièces n aant aucun mouvement entre elles : Pièces en liaison fie (encastrement) 4- Identifier les quatre classes d équivalence en suivant les indications suivantes : Classe d équivalence E1 liée à la pièce 01 : Eiste t-il un mouvement de 02 par rapport à 01? : (OUI ou NON) Eiste t-il un mouvement de 03 par rapport à 01? : Eiste t-il un mouvement de 04 par rapport à 01? : Eiste t-il un mouvement de 05 par rapport à 01? : E1 = {01+...} Eiste t-il un mouvement de 06 par rapport à 01? : Eiste t-il un mouvement de 07 par rapport à 01? : Eiste t-il un mouvement de 08 par rapport à 01? : Colorier la ou les pièce(s) composant la classe d équivalence E1 d une même couleur sur l éclatée du sstème étudier. Couleur de E1? : 259

5 Classe d équivalence E2 : Déterminer la première pièce composant E2 : Prendre la pièce aant le repère le plus proche de 01 et ne faisant pas partie de la classe d équivalence E1. Ici c est la pièce : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Colorier la ou les pièce(s) composant la classe d équivalence E2 d une même couleur sur l éclatée du sstème étudier. Couleur de E2? : Classe d équivalence E3 : Détermines la première pièce composant E3 : Prendre la pièce aant le premier repère ne faisant pas partie des classes d équivalence E2 et E1. Ici c est la pièce : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : E3 = Eiste t-il un mouvement de. par rapport à.? : Colorier la ou les pièce(s) composant la classe d équivalence E3 d une même couleur sur l éclatée du sstème étudier. Couleur de E3? : Classe d équivalence E4 : Détermines la première pièce composant E4 : Prendre la pièce aant le premier repère ne faisant pas partie des classes d équivalence E3, E2 et E1. E4 = Colories la ou les pièce(s) composant la classe d équivalence E4 d une même couleur sur l éclatée du sstème étudier. Couleur de E4? : ON DONNE : Le Schéma cinématique 3D du serre-joint. 5- Identifier les liaisons entre les classes d équivalence en complétant le tableau ci-dessous : a- Identifier pour chaque liaison, les mouvements possibles entre les deu classes d équivalence : "1" si le mouvement est possible entre les deu classes d'équivalence "0" si le mouvement est impossible entre les deu classes d'équivalence b- Identifier le nom de la liaison mécanique, son centre et son ae. E2 = 260

6 6.2- Graphe des liaisons : Le graphe des liaisons permet de mettre en évidence (de récapituler) les liaisons entre les classes d'équivalence. On indique pour chaque liaison : Le nom de la liaison mécanique Le centre de la liaison mécanique L ae de la liaison et/ou la normale au plan de contact. 6- Compléter le graphe des liaisons du sstème : 7- Dessiner le schema cinematique minimal du sstème (liaisons L E1/E2, L E2/E3 et L E3/E4 ) : 261

7 VII- DEGRÉS DE LIBERTÉ D UNE LIAISON : Pour chaque liaison, préciser les degrés de liberté conservés (1 = mouvement; 0 = cas contraire). Nom de la liaison Degrés de liberté Nom de la liaison Degrés de liberté Encastrement ou Fie Pivot d'ae Ponctuelle de normale Linéaire annulaire d'ae Appui Plan de normale Glissière d'ae Rotule Linéaire Rectiligne d'ae et de normale Hélicoïdale d'ae Pivot d'ae Linéaire Rectiligne d'ae et de normale Pivot glissant d'ae Linéaire annulaire d'ae Appui Plan de normale Linéaire Rectiligne d'ae et de normale T R Hélicoïdale d'ae T R Linéaire Rectiligne T R T R d'ae et de normale T R Ponctuelle de normale T R Pivot glissant d'ae T R T R Linéaire annulaire T R T R d'ae Appui Plan T R T R de normale T R Glissière d'ae T R Linéaire Rectiligne T R T R d'ae et de normale T R Hélicoïdale d'ae T R T R Pivot d'ae T R T R Ponctuelle de normale T R T R Glissière d'ae T R Linéaire Rectiligne T R T R d'ae et de normale T R Pivot glissant d'ae T R T R T R 262

8 IIX- SCHÉMAS ASSOCIES AUX LIAISONS : Compléter le tableau ci-dessous : Nom de la liaison Smbole 2D Nom de la liaison Schéma 3D Encastrement ou Fie Hélicoïdale d'ae Pivot d'ae Linéaire Rectiligne d'ae et de normale Ponctuelle de normale Ponctuelle de normale Pivot glissant d'ae Pivot glissant d'ae Linéaire annulaire d'ae A Appui Plan de normale Appui Plan de normale Glissière d'ae A Rotule Linéaire Rectiligne d'ae et de normale Linéaire Rectiligne d'ae et de normale Hélicoïdale d'ae Hélicoïdale d'ae Pivot d'ae Pivot d'ae A 263

9 IX- LE NOM DE LA LIAISON : Retrouver le nom de la liaison associée au tableau des mobilités. Nom de la liaison Degrés de liberté Nom de la liaison Degrés de liberté T 1 R 1 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 1 R 0 T 1 R 1 T 0 R 1 T et R combinés. T 0 R 0 T 1 R 1 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 1 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 1 R 1 T 1 R 1 T 0 R 1 T 1 R 0 T 1 R 1 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 1 T 0 R 1 T 1 R 1 T et R conjugués. T et R liées. T 0 R 0 T 1 R 0 T 0 R 0 T 1 R 1 T 1 R 1 T 0 R 1 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 1 T 1 R 1 T 0 R 1 T 0 R 0 T 1 R 0 T 0 R 1 T 0 R 0 T 1 R 0 T 0 R 0 T 1 R 1 T 1 R 1 T 1 R 0 T 0 R 1 T 0 R 1 T 0 R 1 T 1 R 0 T 1 R 1 T 0 R 1 T 0 R 1 T 1 R 1 T 1 R 0 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 0 T 1 R 1 T 1 R 0 T 0 R 1 T 1 R 1 T 1 R 1 T 1 R 1 T 1 R 1 T 0 R 1 T 1 R 0 T 0 R 0 T 1 R 0 T 0 R 1 T 0 R 1 T 0 R 0 T 0 R 0 T 0 R 1 T 1 R 1 T 1 R 1 T 0 R 0 T 1 R 0 264

10 Application 1 : BORNE RÉGLABLE Soit, ci-dessous, le dessin d ensemble (avec la perspective de l ensemble) ; la vue éclatée et le schéma cinématique en perspective (3D) d une borne réglable. 265

11 1- Indiquer les repères des pièces sur le schéma cinématique 3D? 2- Quelle est le nom et la fonction de l usinage sur la vis de manœuvre 5? (voir dessin d ensemble) 3- Quelle est la fonction de la pièce 8? 4- Quel est le nom de la coupe montrant la vue de face de l ensemble? (voir dessin d ensemble) 5- Quelle est la différence entre une coupe et une section? 6- Sur un tableau donner le nom et l application de tous les traits du dessin d ensemble? 7- Déterminer le nombre de liaison de ce mécanisme? 8- Identifies les classes d équivalence de la borne réglable? 9- Établir le graphe des liaisons de l ensemble? 10- Compléter le tableau ci-dessous ; de toutes les liaisons de la borne réglable? Liaison entre Nom de la liaison Nature surface de contact Degrés de liberté Degrés de liaison Smbole 2D en 2 vues 11- Dessiner le schéma cinématique du sstème? (suivant la vue de face) 12- Dessiner le schéma technologique du sstème? (suivant la vue de face) 13- Quelle est le sens de l hélice de filet de la vis de manœuvre 5? 14- Indiquer par une flèche le sens de déplacement de la pièce 2, lorsque en tourne 5 suivant (-). 266

12 Application 2 : COUPE TUBE À MOLETTES Soit le mécanisme ci-dessous qui représente une coupe tubes à molettes : Fonctionnement : Ce dessin d ensemble représente une coupe tubes à molettes à l échelle 1 :2, utilisé en plomberie. L opérateur monte ce dernier sur un tube déjà monté sur un étau. En agissant sur l écrou 10 qui provoque le déplacement du coulisseau 2 solidaire de la molette mobile 5 serrage du tube entre les trois molettes. Le mouvement de coupe est obtenue par une rotation alternative de l appareil autour du tube jusqu au sillage. o 1- Quelle est la fonction de la vis 7? 2- Quelle est la fonction de la pièce 11? 3- Quel est le nom de la coupe montrant la vis 7 sur la vue de face? 4- Donner l application d un trait mite fin à deu tirets à partir du dessin d ensemble? (voir Fig.1) 5- Quelle est la différence entre une coupe et une section? 6- Identifies les quatre classes d équivalence de la coupe tube à molette? 7- Colorier chaque classe d équivalence d une couleur différente? 8- Établir le graphe des liaisons de l ensemble? 9- Compléter le tableau des liaisons ci-dessous? (Fig.2) 10- Compléter le schéma cinématique de l appareil? (Fig.3) (suivant la vue de face) Fig Dessiner le schéma technologique de l appareil? (Fig.4) (suivant la vue de face) 12- Compléter le schéma cinématique de l appareil? (Fig.5) (suivant la vue de dessus) 267

13 13- On se base sur les perspectives du coulisseau 2 ; compléter le dessin de définition de cette pièce en : - Vue de face coupe A-A ; - Vue de gauche - Vue de dessus. 14- Trouver l échelle du dessin (Fig.6). 15- Sur cahier faire la perspective cavalière de cette pièce à l échelle 1 :1. Tableau des liaisons : (Fig.2) Schéma cinématique et Schéma technologique de l appareil (vue de face) (Fig.3 et Fig.4) Fig.3 Fig.4 Schéma cinématique de l appareil (vue de dessus) (Fig.5) Fig.5 268

14 Dessin de définition (Fig.6) 269

15 TD : Sstème étudié : TRANSPALETTE A- MISE EN SITUATION La figure ci-contre représente un chariot élévateur de manutention automoteur à conducteur non porté. Capacités de l appareil : - Charge nominale : 1200 kg. - Vitesse de translation : 2,2 km/h. Manipulation du chariot : L utilisateur manipule le chariot par le timon : - La rotation autour de l ae permet de diriger le chariot dans la direction souhaitée. - La rotation autour de l ae permet d agir sur le frein. Le freinage est automatiquement appliqué et le courant coupé lorsque le timon se trouve en position haute et basse. - Les commandes de vitesses avant et arrière, ainsi que la commande de levée de la fourche sont placées en bout de timon, sous la main de l utilisateur. B- ÉTUDE PROPOSÉE L étude de ce transpalette portera sur l unité automotrice représentée en trait fort sur la figure ci-dessus et à l échelle 0,7 sur le document 2. Cette unité automotrice se compose : (voir Document 1 et 2) - d un moteur 1 à courant continu de 24 volts, à ae vertical, fié par bride sur le carter supérieur 55 du réducteur de vitesse et alimenté par une série de batteries. - d un réducteur de vitesse composé d un couple d engrenage conique (Pignon 3- Roue 9) et d un train d engrenages clindriques à denture droite (Pignon arbré 19 Roues 47 et 39). - d un frein à mâchoires ou seul le tambour 20 a été représenté. L ensemble peut pivoter autour de l ae vertical grâce à un roulement spécial fié sur le châssis du chariot par l intermédiaire de la pièce

16 271

17 Nomenclature de l ensemble 55 1 Carter supérieur A-S9G 54 1 Roulement à billes 53 1 Couvercle 52 1 Roulement à billes 51 1 Entretoise 50 1 Joint torique 35 Cr Mo 4 Traité R = Ae de pignon intermédiaire 48 2 Anneau élastique intérieur 47 1 Pignon intermédiaire 16 Ni Cr 16 Trempé - Cémenté 46 3 Vis H M Carter inférieur A-S9G 44 1 Clavette parallèle B Bouchon 42 1 Écrou avec rondelle frein 41 1 Couvercle 40 1 Bouchon de vidange 39 1 Roue dentée 16 Ni Cr 16 Revenu - Cémenté 38 1 Anneau élastique intérieur 37 1 Roulement à billes 36 1 Entretoise 35 1 Roulement à aiguilles avec bague intérieure 34 1 Anneau élastique intérieur 33 1 Joint à double lèvres 32 1 Entretoise 31 1 Bandage de roue Caoutchouc 30 1 Roue motrice 29 6 Vis CHc M Rondelle Grower W Arbre de roue motrice 16 Ni Cr 16 Revenu - Cémenté 26 1 Bague intérieure fendue C Bague etérieure fendue C Billes 100 Cr Protection roulement spéciale 22 1 Carter de protection 21 2 Pied de positionnement 20 1 Poulie de frein 19 1 Arbre primaire 16 Ni Cr 16 Trempé - Cémenté 18 1 Goupille V Écrou HK M Rondelle d'appui 15 1 Clavette parallèle B Joint à lèvre 13 1 Couvercle 12 1 Roulement à billes 11 1 Cale de réglage 10 1 Clavette parallèle B Roue conique 16 Ni Cr 16 Revenu - Cémenté 8 1 Rondelle 7 1 Cale 6 1 Arbre moteur 5 1 Écrou H M Roulement à billes 3 1 Pignon conique 16 Ni Cr 16 Revenu - Cémenté 2 3 Vis CHc M Moteur (Stator) Rep Nbr Désignation Matière Observation 272 Document 2

18 C- TRAVAIL DEMANDE : Compétences du TD : Analser et caractériser une solution technologique associée à une liaison du tpe encastrement. Identifier et modéliser les liaisons mécaniques. Élaborer le schéma de distribution des liaisons. 1- Analse technologique d une liaison du tpe encastrement : Fonctions techniques à assurer : FT1 METTRE EN POSITION LES DEUX PIÈCES. FT2 MAINTENIR EN POSITION LES DEUX PIÈCES. FT3 TRANSMETTRE LES ACTIONS MÉCANIQUES. Mettre en position les deu pièces. La majorité des solutions constructives pour réaliser une mise en position de deu pièces est obtenue à partir de surfaces principales de contact planes ou clindriques de révolution dont la facilité d obtention permet de minimiser le coût des assemblages correspondants... La mise en position de deu pièces peut être complétée par des éléments tels que : Pieds de positionnement, goupilles, clavettes,..) Liaison entre la roue conique 8 et l arbre primaire 19. La transmission de puissance de l arbre moteur 6 (ae vertical) à l arbre primaire 19 (horiontal) est établie par obstacle par l intermédiaire d'engrenage conique à denture droite (Pignon conique 3 Roue conique 9). Il est donc nécessaire d établir une liaison du tpe encastrement (fie) entre l arbre moteur 6 et le pignon conique 3, ainsi qu une liaison du même tpe entre la roue conique 9 et l arbre primaire 19. Nous allons étudier comment est réalisée la liaison encastrement entre la roue conique 9 et l arbre primaire Mise en position 9/19. Préciser la nature des surfaces fonctionnelles relatives à la mise en position de ces deu pièces. En déduire le tpe de positionnement réalisé. Nature des surfaces fonctionnelles Désignation du positionnement réalisé Maintien en position 9/19. Préciser en cochant la case correspondante comment est obtenu le maintien en position de 9/19. Par obstacle Par adhérence Énumérer les pièces qui participent à cette fonction Transmission des efforts Comment le torseur de l action mécanique qu eerce le pignon 3 sur la roue conique 9 est-il transmis à l arbre primaire 19? 1.2- Liaison entre le carter supérieur 55 et le carter inférieur 45. Le carter du réducteur est en deu parties (55 et 45), il faut donc réaliser une liaison du tpe encastrement entre ces deu pièces Mise en position 55/45. Préciser comment est obtenue la mise en position de ces deu pièces Maintien en position 55/45. La liaison de ces deu pièces est obtenue par adhérence par des organes d assemblage non représentés sur le document 1. Citer deu solutions possibles. 273

19 2- Schéma de distribution des liaisons : 2.1- Classes d équivalence Chaque classe d équivalence a été identifiée par le repère de la pièce principale. Préciser les pièces appartenant à chacune des classes d équivalence répertoriées ci-dessous. Ne pas inclure les organes d assemblages (Vis, clavette, circlips, ressort ) ainsi que les roulements et joints d étanchéité. S1 = {25, S2 = {45, S3 = {27, S4 = {6, S5 = {19, S6 = {47, 2.2- Graphe des liaisons (relatif au schéma de distribution des liaisons) La liaison entre l arbre moteur 6 et le carter moteur 1 est incomplètement représentée sur le document 1, elle a été schématisée sur le document réponse. Compléter le graphe des liaisons et indiquer un centre de liaison par une lettre majuscule. (Voir eemple ci-dessous) S1 S3 A S2 B C S4 S6 S5 Donner dans le tableau ci-dessous, pour chaque couple de liaison, la désignation normalisée de ces liaisons. Préciser le Centre de Liaison (C.L.) (voir eemple pour la liaison entre 25 et 45) Liaison C.L. Désignation Liaison C.L. Désignation A PIVOT 3-45 B 3-45 C 274

20 2.3- Schéma de distribution des liaisons (ou schéma d architecture) Compléter le schéma de distribution des liaisons de la chaîne cinématique du l unité motrice (Représentation plane). Y X 275