RESUME Le plateau élévateur est une partie d'un atelier flexible (chaine de convoyage) qui permet de mettre à hauteur des piles de pièces en asservissant la hauteur de la partie supérieure de la pile. PLATEAU Stéphane JAVANAUD Teddy Guichard Projet de bureau d étude 2ème année ELEVATEUR Partie I Partie mécanique
Table des matières Présentation du Projet... 2 Présentation générale du système... 2 Justification des spécifications... 3 Notice de calcul... 6 Calcul du couple nécessaire au moteur... 6 Caractéristique du moteur... 1 Calcul de la vitesse nécessaire du moteur... 1 Conclusion sur la notice de calcul... 1 Nomenclature... 11 Conclusion... 12 STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 1
Présentation du Projet Le besoin du client concerne un plateau élévateur à niveau automatique. Ce système s'intègre dans un convoyeur automatisé et permet de stoker à N pièces en attente, par empilement. Ces pièces sont de 2 types et tailles différents. Le plateau ne contient qu'un type de pièce à la fois. La face supérieure des pièces doit toujours être maintenue de façon automatique à une hauteur de référence H. Cette hauteur est ajustable par l'utilisateur. De plus, le plateau doit réaliser la pesée des pièces présentes pour pourvoir identifier la présence de pièces non conformes dans la pile Les exigences relatives aux spécifications sont exprimées dans le tableau ci-dessous. Spécification Valeur Exigence Tolérance longueur 18mm maximum +1mm largeur 15mm maximum +5mm hauteur 12mm maximum +1mm Nombre de pièces N 5 minimum aucune Hauteur de référence H 1mm ajustable +/-1mm Erreur de position/référence +/-2mm maximum <+/-5mm Temps retour position référence 1s maximum +1s Détection pièce non conforme +/-5g maximum <+/-1g Présentation générale du système Afin de répondre au mieux aux exigences du système attendu, nous avons opté pour un système de levage à ciseaux. Pour pouvoir monter à la hauteur maximale en une seconde sans utiliser de système de réduction en sortie du moteur, nous avons choisi de permettre la translation des deux ciseaux grâce à une vis sans fin à double pas (pas à gauche sur une moitié et pas à droite sur l autre moitié). Sur celle-ci viennent se viser deux écrous, le premier avec un taraudage à gauche et le second avec un taraudage à droite. Ceci permet de rapprocher les deux écrous l un de l autre en une seule rotation de vis et ainsi multiplier par deux la vitesse de montée du monte-charge. En effet, sur notre système initial, base du premier ciseau était bloquée sur le châssis et la base du second translatait grâce au principe de roue et vis sans fin. STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 2
Le plateau est boqué en translation grâce à deux glissières de chaque côté de celui-ci. Ces deux glissières servent aussi à guider les plaques lors de la montée et ainsi leur éviter de tomber. Le moteur est directement connecté à l arbre de la vis sans fin et nous permet ainsi de profiter de ses caractéristiques sans affecter son couple ou sa vitesse de rotation. Ainsi en deux tours de moteur le système passe de sa position basse à sa position haute en une seconde. Justification des spécifications Encombrement La hauteur du système de 126.71mm est conforme à la hauteur spécifiée 12mm avec la tolérance de 1mm. STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 3
La largeur du système de 171.9mm ne remplit pas la spécification donné de 15mm max avec un tolérance de 5mm. Cette côte peut être corrigée en diminuant la longueur du plateau et des ciseaux. STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 4
La longeur du système de 178.96mm soit inférieur à la la spécification maximum de 18mm. La hauteur de référence demandée de 1 mm n a pas été assurée sur notre système avec les pièces d épaisseur 1mm. En théorie cela est possible mais la faible raideur des pièces lego engendre, lors de l appui de 3 plaques ou plus en position basse, un blocage du système à cause de la déformation plastique. Pour obtenir un déplacement de 5mm soit la hauteur de 5 plaques, cela nous oblige à monter la position basse à 7mm et donc la hauteur de référence à 12mm. Le temps de retour à la position de référence est inférieur à 2s soit inférieur à la spécification et sa tolérance (Voir notice de calcul). L erreur de position/référence et la détection de pièce non conforme sont deux spécifications qui seront étudié au semestre prochain lors de la partie électronique. Spécification Valeur Exigence Tolérance Validation longueur 18mm maximum +1mm Validé largeur 15mm maximum +5mm Non validé hauteur 12mm maximum +1mm Validé Nombre de pièces N 5 minimum aucune Validé Hauteur de référence H 1mm ajustable +/-1mm Non validé Erreur de position/référence +/-2mm maximum <+/-5mm En attente Temps retour position référence 1s maximum +1s Validé Détection pièce non conforme +/-5g maximum <+/-1g En attente STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 5
Notice de calcul Calcul du couple nécessaire au moteur Nous traiterons le problème dans le plan et négligerons les efforts de frottement ainsi que le poids des barres S1 et S1. Nous supposerons également que le poids est équilibré au milieu de A et B. y S2 z x A G Fp B S1 E S1 C α d f D Cv On isole S2: y S2 z x A a G Fp b B X A {T G } = { F P } {T B } = { Y B } {T A } = { Y A } G R B R Transport en A : A R STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 6
a M A {T G } = + ^ F P = a. F P M A {T B } = + a + b Y B = (a + b). F P ^ PFS : Théorème de la resultante suivant x X A = suivant y Y A = Y B + F P Théorème du moment suivant z Y B = a. F P a + b => Y A = a. F P a + b + F P On isole S1+S1 +S2: y S2 z x A G Fp B S1 E S1 C α d f D X C X D {T G } = { F P } {T C } = { Y C } {T D } = { Y D } G R C R A R Transport en C : d M C {T G } = + ^ F P = d. F P STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 7
d + f M c {T D } = + ^ Y D = (d + f). F P PFS : On isole 1 : suivant x X Théorème de la resultante C = X D suivant y Y C = Y D + F P Théorème du moment suivant z Y D = d d + f. F P y => Y A = d d + f. F P+. F P x e B z S1 c E C α {T } = { {T } = X E X C {T B } = { Y B } Y E } { Y C } B R E E R C C R Transport en C : (c + e). cos α M C {T B } = + (c + e). sin α c. cos α M c {T D } = + c. sin α X E ^ Y E Y B = Y B. (c + e). cos α ^ = c. (Y E. cos α X E. sin α) PFS : STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 8
suivant x X Théorème de la resultante C = X E suivant y Y E = Y C + Y B cos α Théorème du moment suivant z X E = sin α. (Y c + e E. Y c B ) Y B = a a + b. F P Y A = a a + b. F P + F P 1 X C = F P. tan α. ( d d + f + a c + e (1 + a + b c ) 1) Z C = X C tan α Nous calculons donc le couple de la vis nécessaire C v en fonction du rayon de la vis r v. Le système présentant 2 écrous, le couple nécessaire est divisé par 2. C v = Z C. r v 2 = X C 2 tan α. r v Pour prendre en compte tous les cas de chargement et position, nous dimensionnerons sur le cas extrême c est-à-dire : - Un poids égale à 4 fois la pièce la plus lourde avec le poids du plateau soit Fp = (.146*4 +.525)*1= 6.365N - Système en position basse donc avec a = 61 mm ; b = 61 mm ; c = 4 mm ; d = 38 mm ; e = 7 mm ; f = 38mm ; α = arccos d c C v = X C 2 tan β r v = 28 ; β = 9.81 ; F P. ( d d + f + a c + e (1 + a + b c ) 1) C v = r 2 tan α tan β v C v = 6.365 (.5 +.5(1 + 2.75) 1) 2 tan 28 tan 9.81 9.86 2 C v = C m (couple moteur) = 2 N. mm STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 9
Caractéristique du moteur Le couple trouvé précédemment de 211 N.mm soit 21 N.cm rentre dans la plage du moteur et donne, avec un moteur alimenté sous 9V, une vitesse de 8 tr/min soit 1.33tr/s. Calcul de la vitesse nécessaire du moteur On demande dans le cas extrême de soulever d une hauteur de 5 mm en 1 seconde avec une tolérance de 1 seconde Les ciseaux nous permettent un déplacement vertical de 5 mm avec un déplacement horizontal de 1 mm soit une vitesse de translation horizontale des écrous de 1 mm/s. Avec une vis sans fin ayant un pas de 3mm, pour un déplacement de 1mm, la vitesse de rotation de la vis doit être de 3.33 tr/s. Dans ce cas, n ayant que le poids du plateau, le moteur, avec un couple proche de zéro, a un une vitesse maximal de 2.75 tr/s, on ne prend pas de rapport de réduction qui nous permet d atteindre les 5 mm en hauteur en 1.2 s (1 seconde avec une tolérance de 1 seconde). Conclusion sur la notice de calcul Ce système répond au besoin de soulever 4 plaques de 1 mm et celle de soulever le plateau d une hauteur de 5 mm en moins de 2 secondes. STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 1
Nomenclature Ci-dessous la nomenclature des pièces utilisées avec leurs masses et le calcul des coûts. Cela nous donne un coût final du système de 61.15. NOMENCLATURE Pièces lego standards Coût forfaitaire,5 Coût volumique par cm^3,1 Désignation Volume (cm3) Quantité Remise Prix unitaire Prix total 3234 Connecteur Technic pour barre #2,75668 2 %,13,26 32278 Bras Technic 1x15 3,51629 1 1%,36 3,6 376 Barre Technic 6L,58629 1 %,11,11 Ecrou gauche 7,8273 1 %,76,76 x22 Pion Technic long,24853 12 1%,7,84 3214 Bras Technic coudé à 9 2x4 1,13187 8 5%,16 1,28 3749 Barre 1L avec pion,1927 4 %,7,28 32523 Bras Technic 1x3,63458 8 5%,11,88 41239 Bras Technic 1x13 3,361 2 %,35,7 375 Barre Technic 4L,3978 9 5%,8,72 32524 Bras Technic 1x7 1,59515 2 %,21,42 44294 Barre Technic 7L,6845 2 %,12,24 48989 Jonction 3L pour 2 axes parallèles 4 pions 2 1,17752 8 5%,16 1,28 cadre1 5,58748 2 %,61 1,22 48989 Equerre 3x3 avec 4 pions 1,67636 4 %,22,88 3713 Clips pour barre,1296 22 1%,6 1,32 75535 Connecteur pour deux pions,48291 5 5%,9,45 6587 Barre Technic 3L avec picot,33383 2 %,8,16 6538 Manchon Technic pour barres,41278 4 %,9,36 377 Barre Technic 8L,78181 1 %,13,13 32523 Bras Technic 1x3,63458 2 %,11,22 333 Plaque 6x1 8,88399 2 %,94 1,88 334 Plaque 2x8 2,5272 4 %,3 1,2 273 Brique Technic 1x1 avec trous 3,44853 4 %,39 1,56 371 Brique Technic 1x4 avec trous 1,4397 1 %,19,19 3894 Brique Technic 1x6 avec trous 2,1931 1 %,26,26 STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 11
Pièces spécifiques (HP3D) Coût forfaitaire,5 Coût volumique par cm^3 1, Désignation Volume (cm3) Quantité Remise Prix unitaire Prix total Vis sans fin 4,28631 1 % 4,79 4,79 Ecrou droit 7,82733 1 % 7,58 7,58 Ecrou gauche 7,8273 1 % 7,58 7,58 Pièces électrotechniques Désignation Quantité Prix unitaire Prix total Moteur 9842 1 2, 2, Standardisation 5 pièces et plus 1 pièces et plus Total 61,15 Remise sur quantité -5% -1% Conclusion Nous avons fini la réalisation de la partie mécanique de notre système. Celui-ci répond quasiment à la totalité du cahier des charges. Les critères non validés pourront l être en penchant dessus lors de l intégration des capteurs. Lors du prochain semestre, nous nous occuperons la partie conception électronique ainsi que de la programmation. Le problème auquel nous devrons répondre est de réussir de monter à la bonne hauteur de référence. Cela ne sera pas facile avec le système de ciseau qui transmet les déplacements de façon non linéaire. STEPHANE JAVANAUD TEDDY GUICHARD 12