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Communication Technique 1 Module 106 1
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Communication Technique 1 · Communication Technique 1 Module 106 1. Created Date: 9/4/2019 10:14:51 PM

Oct 09, 2020

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Communication Technique 1Module 106

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Communication Technique 1 Module 106

Table des matières

1 Dessin technique 51.1 Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.1 Une histoire de dessin... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.2 Les limites des vues en perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.1.3 Dans l’industrie... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.1.4 La projection orthogonale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.1.5 Convention de mise en position des vues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.1.6 Correspondance entre vues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1.7 Les échelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1.8 Les principaux traits et leurs significations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1.9 Les axes de révolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.1.10 Les vues de coupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.1.11 Les éléments filetés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.1.12 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.1 Dessins à main levée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.2 Modélisation volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3 Travaux pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3.1 Vanne 1/4 de tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3.2 Roller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.3.3 Support de perçage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2 Schéma cinématique 262.1 Cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.1.1 Objectif du cours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.1.2 Hypothèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.1.3 Les liaisons mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.1.4 Les contacts mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.1.5 Exercice : analyse des contacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.1.6 Les degrés de liberté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.1.7 Tableau normalisé des liaisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.1.8 Exercice : analyse des mobilités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.1.9 Exercice : analyse des liaisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.1.10 Les sous-ensembles fonctionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.1.11 Le graphe des liaisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.1.12 Exercice : perforatrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.1.13 Exercice : coupe tube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.1.14 Exercice : étau de modélisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.2 Initiation au logiciel openmeca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.3 Travaux pratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.3.1 Bride hydraulique « ERNAULT » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.3.2 Support de perçage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3 Mini-projet 533.1 Travail attendu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.2 Mini-projet 1 : mini-éolienne verticale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.3 Mini-projet 2 : mini-machine plantigrade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

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Communication Technique 1 Module 106

D. André, T. Cortier, A. Cantaloube 4 septembre 2019

Les créations originales de ce document sont placées sous licence « creative commons BY-SA »

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Communication Technique 1 Module 106

Une version numérique de ce cours est disponible à l’adresse suivante : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/comm-tech/poly.pdf

Lors des séances, veuillez vous munir du matériel suivant : crayon à papier HB, règle 20 cm,équerre, compas, calculette et crayons de couleur.

Progression

Il est programmé 6 séances de 4 heures de TP. Vous trouverez ci-dessous une indication surle planning a respecter.

— Séance 1— cours sur le dessin technique— exercice 1.2.1 dessin à main levé (correction jusqu’à pièce 4)— exercice 1.2.2 modélisation volumique sur solidworks

— Séance 2— exercice 1.2.1 dessin à main levé (suite et fin)— exercice 1.2.2 modélisation volumique sur solidworks (suite)— tp 1.3.1 vanne 1/4 de tour avec correction

— Séance 3— évaluation (1 heure) dessin à main levé— exercice 1.2.2 modélisation volumique sur solidworks (suite et fin)— pour ceux en avance : tp 1.3.2 et 1.3.3— cours sur les schémas cinématiques (1h30)

— Séance 4— cours sur les schémas cinématiques (1h30-2h00)— solidworks (suite et fin)

— Séance 5— cours sur les schémas cinématiques (suite et fin)— évaluation (1 heure 30) solidworks

— Séance 6— évaluation (1 heure 30) schéma cinématique— initiation au logiciel openmeca : système bielle-manivelle— mini-projet (par groupe de deux) machine plantigrade de Tchebychev : modélisation

sous openmeca puis réalisation sous solidworks

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1 Dessin technique

1.1 Cours

Les objectifs de ce cours sont :— de lire et de comprendre des dessins industriels simples,— de se familiariser avec les normes et conventions du dessin industriel,— de bien comprendre les projections, les vues, et la signification des différents traits et— de modéliser des géométries simples à l’aide d’un logiciel (modeleur volumique).

1.1.1 Une histoire de dessin...

Les dessins (ou les graphiques) sont utilisés pour communiquer des messages, des idées ettoutes sortes d’information. Le langage graphique est un langage universel et ancien. On peutdistinguer le dessin artistique du dessin technique.

— Le dessin artistique est un langage sans norme où l’artiste s’exprime en toute liberté.— Le dessin technique est établi selon des normes strictes.

(a) Dessin d’art (peinture rupestre de Lascaux) (b) Dessin technique (plan d’architecte)

Figure 1 – Exemples de dessin

Aussi, savoir lire un dessin technique... c’est savoir lire et comprendre le dessin représentésur figure 2 !

A

A

B

B

D

A-A

1021

20

19

18

17

141516

1

1213

11

10

8

22

23

3

5

2525

26

24

7

9

9

2828

B-B

66

D (2 : 1)

27

4

2

Figure 2 – Dessin technique d’un moteur 2 temps d’un avion de modélisme

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1.1.2 Les limites des vues en perspective

Une photographie ou un dessin en perspective va montrer un objet comme il apparaît à l’œild’un observateur. Peu importe le point de vue, le dessin ne peut pas décrire entièrement l’objetobservé. Par exemple, sur la photographie du moteur en figure 3, l’observateur ne peut pas voirl’arrière, les cotés et l’intérieur de l’objet.

Figure 3 – Photographie d’un moteur 4 temps

1.1.3 Dans l’industrie...

Dans l’industrie, il est primordial d’avoir la description exacte et complète d’un objet pour,par exemple, le fabriquer selon les spécifications exactes de son concepteur. On utilise alorsles dessins à vues multiples pour bien définir un objet (voir par exemple la figure 4a). Ceux-ci comportent les dimensions et les formes exactes de l’objet. Un dessin technique peut êtrecomposé d’une, de deux ou de trois vues ou plus pour décrire géométriquement un objet.

Le choix des vues et du nombre de celles-ci dépend de la complexité de l’objet techniquereprésenté. Généralement, puisqu’un objet possède trois dimensions (largeur, hauteur, profon-deur), on le représente en dessin technique en utilisant ses trois vues principales : vue de face,vue de dessus et vue de côté (voir figure 4b).

(a) Exemple de dessin à vues multiples

O b s e r v a t e u r

( à l ’ i n f i n i )

P l a n d e

p r o j e c t i o n

Vue de face

Vue de dessus

Vue de gauche

(b) Les vues principales d’un objet technique

Figure 4 – Les vues principales d’un objet technique

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1.1.4 La projection orthogonale

En dessin technique, les objets sont représentés en projection orthogonale (voir figure 5a).Contrairement à la projection conique (voir figure 5b), le dessin par projection orthogonale neprésente pas de raccourcissement avec la distance (effet de perspective, point de fuite). C’est unereprésentation fidèle de ce que l’on voit tant que la profondeur de champ est faible.

L’avantage de ces représentations est qu’elles sont simples à réaliser, et que les élémentsparallèles au plan de projection (arêtes, surfaces, angles) sont dessinées en vraie grandeur :la longueur et l’aire des éléments projetés sont proportionnels à leur grandeur réelle, l’angleest égal à l’angle réel. Le rapport entre la longueur représentée et la longueur réelle constituel’échelle du dessin.

En projection orthogonale les segments parallèles conservent leurs parallélismes alors que enprojection conique les segments parallèles convergent vers le point de fuite dans la vue projetée(voir figure 5b).

(a) orthogonale (perspective cavalière) (b) conique (perspective à point de fuite)

Figure 5 – Les deux types de projection

Dans une projection orthogonale, l’observateur est placé à l’infini du plan de projection. Lesrayons sont alors parallèles (voir figure 6).

O b s e r v a t e u r

( à l ’ i n f i n i )

P l a n d e

p r o j e c t i o n

Plan d

e proje

ction

Observateur

Rayon

Figure 6 – Construction d’une projection orthogonale

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1.1.5 Convention de mise en position des vues

La figure 7 montre le concept du cube de projection. Le cube de projection permet d’expliquerle placement des vues les unes par rapport aux autres.

Il faut imaginer que l’objet technique est placé à l’intérieur du cube de projection. Sur chacunedes faces des cubes est projetée une image de l’objet technique. Les vues sont alors positionnéesselon le patron du cube de projection (voir figure 8) se dépliant dans un plan. Ainsi, la vue dedroite est à gauche de la vue de face, la vue de dessus est sous la vue de face, etc...

Observateur à gauche

Observateur en face

Observateur derrièreObservateur à droite

Observateur au dessus

Observateur en dessous

Vuede

dessou

s

Vuede

face

Vuede

derrièr

e

Vue de gauche

Vue de droite

Vuede

dessus

Figure 7 – Cube de projection

facedro

ite gauche

derrière

dessus

dessous

Figure 8 – Patron du cube de projection

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1.1.6 Correspondance entre vues

La figure 9 montre le dessin obtenu avec les différentes projections : face, derrière, dessus,dessous, gauche et droite. Comme les vues sont dessinées à la même échelle, les vues doiventêtres alignées entre elles : horizontalement, verticalement et à 45◦. Les flèches bleues sur la figure9 montrent cet alignement.

F

z

x

y

0

Vue de FaceVue de droite Vue de gauche Vue de derrière

Vue de dessus

Vue de dessous

droiteà45 ◦

Échelle 1:2

Figure 9 – Les différentes vues et leurs correspondances

1.1.7 Les échelles

Les différentes vues sont dessinées à la même échelle. L’échelle d’un dessin technique estnotée i:j (où i et j sont des nombres entiers) et exprime un rapport entre les dimensions réelleset les dimensions dessinées. Par exemples :

— 1:2 signifie que le dessin est deux fois plus petit que l’objet réel et— 3:1 signifie que le dessin est trois fois plus grand que l’objet réel.

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1.1.8 Les principaux traits et leurs significations

La figure 10 montre une vue complète de la face de l’objet technique ainsi que les principauxtraits et leurs significations. Afin de représenter « l’intérieur » d’un objet, les arêtes internes, nonvisibles, sont dessinées en traits interrompus fins.

B Règle d’or : des traits forts ne peuvent jamais se croiser !

arête cachée

arête visible

axe de révolution

(a) Vue de face complète

Trait continu fort : arête visible

Trait interrompu fin : arête cachée

Trait continu fin : hachure / filetage

Trait mixte fin : axe de révolution

(b) Principaux traits

Figure 10 – Significations des traits

1.1.9 Les axes de révolution

En représentation projetée (2d), il peut y avoir confusion entre les projections orthogonalesdes volumes de révolution et des volumes prismatiques ; ils peuvent se dessiner de la mêmefaçon. Par exemple, sur la figure 11, la projection d’un prisme est identique à la projection d’uncylindre.

Pour éviter cette confusion, on fait apparaître l’axe de révolution en traits pointillés mixtessur la vue projetée. Cet axe de révolution doit être également dessiné dans le cas d’un évidement(trou) comme il est montré sur la figure 10.

prisme

cylindre

pyramide

cône

plan de projection

axes de révolution

Figure 11 – Illustration de la confusion possible entre solides de révolution et solides prisma-tiques

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1.1.10 Les vues de coupe

Pour rendre les détails intérieurs d’une pièce visibles, on peut avoir recours aux vues decoupe. Une vue de coupe consiste à ouvrir la pièce suivant un plan sécant qui la traverse. Laportion située en arrière du plan sécant représente la coupe. Les hachures permettent d’identifierla matière coupée.

Plan d

e coup

e

Coupe

Hachures

La position du plan de coupe est indiquée dans une autre vue. Le plan de coupe est symbolisépar un trait mixte fin débordant de la vue et renforcé par 2 traits forts à son extrémité. Le sensd’observation est indiqué par 2 flèches dirigées vers la vue coupée. Enfin, la vue de coupe estdésignée par deux lettres.

Plan de coupe

Désignation de la vue de coupe

B Quelques règles et remarques à propos des vues de coupe.— La désignation du plan de coupe ne peut pas se faire sur la vue en coupe.— La désignation du plan de coupe peut se faire indifféremment sur l’une ou l’autre des vues

latérales à la coupe.— Les hachures ne s’arrêtent jamais sur un trait interrompu fin.— Les hachures ne coupent jamais un trait fort.— Les surfaces coupées qui appartiennent à des pièces différentes se distinguent par des hachures

différentes.— Les hachures qui caractérisent une pièce sont identiques sur toutes les vues.— Les pièces de révolution ne sont pas coupées si leurs axes de révolution sont compris dans le

plan de coupe.

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1.1.11 Les éléments filetés

On appelle filetage une surface extérieure hélicoïdale et un taraudage une surface intérieurehélicoïdale. Les filetages permettent un assemblage aisé et démontable entre deux pièces. Leséléments filetés tels que les vis, écrous, boulons, goujons, etc. sont des éléments d’assemblagetrès courants.

Filetage

Vis filetée

Taraudage

Trou taraudé

Par convention, on ne dessine pas les filetages. Sur une vue de face, on les représente par destraits continus fins. Sur une vue de profil, on les représente par un 3/4 de cercle en trait continufin.

Filetage

Vis filetée

Taraudage

Trou taraudé

1.1.12 Conclusion

Ce cours d’introduction donne les éléments clés pour comprendre et déchiffrer des dessinstechniques simples. Avec un peu d’entraînement, vous devriez arriver à comprendre le dessintechnique suivant qui représente une boite de transfert à deux vitesses.

MATIERE:

DT 01

ENSEMBLE

C:\

Use

rs\R

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Des

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ssem

blag

e m

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oite

tra

nsfe

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Echelle: 1:1

A3

Date : 09/09/2008

BOITE TRANSFERT DANGEL

LP Sauxmarais - 50110 Tourlaville

Nom: BAROUX

Classe: T MVM

00

Tolérances Générales : ISO 2768 mK

01

8

40

9

39

17

7

26

COUPE B-B 6

1

5

10

CC

D

D

A

A

Coupe D-D

38

4

Coupe C-C

11

6

16

34

35

37

3

29

33

30

13COUPE A-A

32

1819 22

28

12

14 15

29

25

24

2

36

31

23

27B

B

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1.2 Exercices

1.2.1 Dessins à main levée

? Compléter les dessins des pièces numéro 1, 2, 3, 4, 5 et 6 des pages suivantes. Vous pouvezvous aider des fichiers e-drawing téléchargeable à l’adresse http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/dessin-tech/malette.zip

1.2.2 Modélisation volumique

? Réaliser sous le logiciel SolidWorks les géométries suivantes : cube, cylindre, cube percé, cône,pyramide, tore (donut), sphère, cylindre percé à 90◦.

cube

50

50 50

cylindre

50

R25

cube percé

R10

50

50 50

cône

R2545°

pyramide

4040

60

tore

R25

R50

sphere

R25

cylindre percé

50

R25

R10

? Réaliser ensuite les pièces numéro 1, 2, 3, 4, 5 et 6 avec le logiciel SolidWorks. Les modèles volu-miques devront respecter les côtes. Les esquisses devront être contraintes : tous les traits d’esquissedoivent apparaître noirs.

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Piè c e °2

Piè c e °1

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Piè c e °4

Piè c e °3

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Piè c e °6

Piè c e °5

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A

A

B BPiè c e n°1

C

C

D DPiè c e n°2

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A

A

B B

Piè c e n°3

Piè c e n°4C

C

D D

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A

A

B B

Piè c e °5

Piè c e °6

E

E

FF

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Communication Technique 1 Module 106

1.3 Travaux pratiques

1.3.1 Vanne 1/4 de tour

But de l’activité : comprendre le fonctionnement du mécanisme à l’aide d’une vue de coupe.Système étudié : vanne 1/4 de tour.Mise en situation : la vanne 1/4 de tour permet par une action manuelle de 90◦ sur le levier demanœuvre de couper/ouvrir une alimentation pneumatique.

Dossier en ligne : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/dessin-tech/vanne.zip

Q1. Pourquoi appelle-t-on cette vanne, la vanne 1/4 de tour ?

Q2. Indiquer sur le plan de coupe les configurations de la vanne : ouverte ou fermée.

Q3. Colorier sur la coupe A-A de gauche le passage de l’air comprimé et indiquer par une flèche lesens de circulation de l’air (de droite à gauche).

Q4. À l’aide de la vue éclatée et des fichiers e-drawings, compléter les bulles en indiquant lesnuméros de pièces.

Q5. Indiquer les formes des surfaces fléchées sur la coupe A-A de gauche (cylindre, sphère ou plan).

Q6. Quel est le rôle des deux bagues (4) ?

Q7. Quelle fonction les joints (5), (3) et (13) assurent-ils ?

Q8. Compléter la coupe A-A de droite en respectant la configuration de la vanne et les dimensionsdes différentes pièces manquantes.

Q9. Colorier sur la coupe A-A de droite le passage de l’air comprimé. Indiquer par une flèche lesens de circulation de l’air (de droite à gauche)

Q10. Quel est le rôle de la goupille cylindrique ?

Q11. Expliquer le fonctionnement de la vanne 1/4 de tour.

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A A

A-A

Vanne ouverte / fe rmée

A A

A-A

Vanne ouverte / fe rmée

Partie à c omple te r

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125

4

4

5

1

6

72

3

14

11 8

9

10

Vue é c la té e

( ave c le s piè c e s dans le dé so rdre )

Vanne 1/ 4 de to ur

13

No .ARTICLE QUANTITÉ No .PIÈCE1 1 Co rps e ntie r2 1 e ntra ine ur3 1 Jo int 10.5x2.7 e ntra ine ur mo nté4 2 Bag ue5 2 Jo int 26.2x3.6 bag ue mo nté6 1 sphe re7 1 Go upille c ylindrique NFE27-484,°4,l148 1 Plaque tte d arre t9 1 Le vie r de mano e uvre

10 1 Vis FB9011 1 Pre sse g arniture12 1 Rac c o rd dro it13 1 Jo int 26.2x3.6 rac c o rd dro it mo nté14 1 g arniture

Ec he lle

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Communication Technique 1 Module 106

1.3.2 Roller

But de l’activité : Assembler différentes pièces avec le logiciel SolidWorks.Mise en situation : Réaliser un assemblage, c’est-à-dire un ensemble de pièces qui constitue unsystème mécanique.

Dossier en ligne : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/dessin-tech/roller.zip

B Prenez connaissance de la figure 12 avant de commencer. Pensez à sauvegarder régulièrementvotre travail. Aidez-vous des vidéos pour réaliser vos assemblages. Les vidéos et les explicationsconcernent une ancienne version de SolidWorks, il faut donc vous adapter !

? Réaliser le sous-assemblage « roue » selon les étapes suivantes.

1. Créer un nouveau document d’assemblage en cliquant sur « fichier », « nouveau ». . ..

2. Insérer les fichiers « jante » puis « pneu » en cliquant sur « insertion », « composant », «depuis un fichier ». . .

3. Réaliser la première contrainte en vous aidant du fichier vidéo « contraindre ».

4. Déplacer le composant « jante » en vous aidant du fichier vidéo « déplacer composant ».

5. Réaliser la deuxième contrainte en vous aidant du fichier vidéo « contraindre1 ».

6. Déplacer le composant « jante » en vous aidant du fichier vidéo « déplacer composant 1».

7. Sauvegarder le sous-assemblage sous le nom « roue ».

? Réaliser le sous-assemblage « guidage en rotation ».

i Le roulement à billes est un fichier assemblage nommé « rlmt à bille »

? Réaliser le sous-assemblage « roue équipée ».

? Réaliser l’assemblage « patin » tel que le montre la figure 12.

Il existe de nombreuses sortes de roue ayant des pneus différents suivant le type de pratique :vitesse, rampe, etc. Vous allez ouvrir le « pneu », éditer l’esquisse puis la modifier.

? Réaliser la modification visible sur le schéma ci-dessous.

Profil actuel : pneu de vitesse Profil demandé : pneu de rampe

? Enregistrer le « pneu » et retourner dans l’assemblage « patin » (le pneu doit se modifier).Choisissez une bonne orientation et imprimez.

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Figure 12 – Vue du roller et de ses différents assemblages

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1.3.3 Support de perçage

But de l’activité : assembler sous solidworks le support de perçage puis vérifier ses performances.Système étudié : le support de perçage.Mise en situation : ce support de perceuse est utilisé par les bricoleurs pour aider au perçage depièces de faible dimension

Dossier en ligne : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/dessin-tech/support.zip

i Afin de mieux comprendre le mécanisme, vous pouvez manipuler le fichier e-drawing correspondantau support de perçage assemblé. Un fichier e-drawing est un fichier qui permet uniquement la visua-lisation d’un système. Vous avez à votre disposition les fichiers correspondants aux Sous-Ensembles(SE) « levier », « fixe » et « support mobile » ainsi que la pièce « biellette ».

? Sur les figures 13, colorier les surfaces de contact entre les différents sous-ensembles suivants :

1. En rouge : contact entre SE FIXE (SEC 0) et le SE SUPPORT MOBILE (SEC 1)

2. En vert : contact entre SE FIXE (SEC 0) et le SE LEVIER (SEC 2)

3. En bleu : contact entre SE SUPPORT MOBILE (SEC 1) et la BIELLETTE (SEC 3)

4. En jaune : contact entre SE LEVIER (SEC 2) et la BIELLETTE (SEC 3)

? Créer un nouveau fichier assemblage puis assembler les différents éléments composants le supportde perçage.

? Manipuler l’assemblage ainsi obtenu et vérifier que les mouvements sont cohérents.

? Quelle est la course du support mobile ?

i La course est la distance maximale que peut parcourir le support mobile entre sa butée haute etsa butée basse.

? Assembler la pièce nommée « rapporteur » de façon à pouvoir mesurer le déplacement angulairedu levier par rapport au SE Fixe.

? De combien « à tourné » le levier pour que le support mobile se déplace sur toute sa course ?

? Réaliser les mesures afin de remplir le tableau suivant.

Course du support mobile (...) Rotation du levier (...)0 ...

10 ...... ...

? Réaliser le graphe montrant l’évolution de la course en fonction de la rotation du levier.

? Par quelle fonction mathématique peut-on approcher le nuage de point obtenu ? Tracer égalementcette fonction.

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SE Fixe SE Support mobile SE Levier Biellette

Figure 13 – Vue des différents sous-ensembles

2 Schéma cinématique

2.1 Cours

2.1.1 Objectif du cours

L’objectif de ce cours est d’être capable de produire une image simplifiée et symbolique d’unmécanisme pour faciliter l’étude de son fonctionnement, des efforts, des vitesses, etc. Cette imagesimplifiée se nomme schéma cinématique.

(a) Vue en perspective (b) Schéma cinématique

Figure 14 – Exemple d’un serre-joint et de sa modélisation cinématique

2.1.2 Hypothèses

Il sera supposé que les pièces mécaniques sont des solides parfaits : indéformables et géomé-triquement parfaits. Il sera également supposé que les liaisons et les assemblages sont parfaits :surfaces de contact géométriquement parfaites, jeu de fonctionnement nul entre les surfaces decontact et contact supposé sans adhérence. Une liaison ou un solide parfait sont donc des entités

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théoriques, ce sont des modèles.

Assemblage réel

Hypothèses

Assemblage théorique

Figure 15 – Mise en application des hypothèses sur un assemblage alésage/cylindre

2.1.3 Les liaisons mécaniques

Une liaison mécanique est, dans un mécanisme, la mise en relation de deux pièces par contactphysique. On parle alors de pièces liées. Une liaison permet certains mouvements relatifs entreces deux pièces. Par exemple, la liaison mécanique entre les deux lames de la paire de ciseaux ci-dessous permet une rotation entre ces deux pièces. Ce mouvement de rotation est rendu possiblepar l’intermédiaire des surfaces de contact entre la lame supérieure, la lame inférieure et la visde serrage du ciseau.

Lame supérieure

Lame inférieure

Vis de serrage

Figure 16 – Mouvement et nomenclature d’un ciseau

Il existe plusieurs types de liaison mécanique qui permettent différents mouvements de rota-tion combinés avec différents mouvements de translation. Il existe plusieurs façons de détermi-ner le type d’une liaison :

1. en analysant les mouvements rendus possibles par la liaison mécanique et/ou

2. en analysant la topologie de contact, c’est à dire, la forme des surfaces de contact entredeux pièces.

Les figures 17a et 17b montrent des exemples concrets de réalisation de liaisons mécaniques.Le roulement à billes est un élément technique complexe qui permet d’assurer un mouvementde rotation entre un arbre et un alésage tout en réduisant les frottements. Les roulements àbilles s’utilisent généralement par pair. La coulisse d’un trombone à coulisse permet un mouve-ment de translation de façon à modifier le volume de la colonne d’air mise en résonance par letromboniste et de moduler le ton de la note produite.

(a) Roulement à bille (b) La coulisse d’un trombone à coulisse

Figure 17 – Exemples de réalisation technologique de liaisons mécaniques

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2.1.4 Les contacts mécaniques

Suivant les mouvements que l’on souhaite obtenir, les concepteurs vont privilégier différentstypes de contact : surfacique, linéique ou bien ponctuel. Le tableau suivant synthétise ces diffé-rentes topologies de contact.

? Rendez-vous sur http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/cours/1_les-contacts.html puis remplir le tableau des contacts suivant.

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Conta

cts

su

rfaciq

ues

Conta

cts

lin

éiq

ues

Conta

ct

ponctu

el

Schém

as

Schém

as

Schém

a

Pré

sents

lors

d'u

n c

onta

ct

entr

ePré

sents

lors

d'u

n c

onta

ct

entr

ePré

sents

lors

d'u

n c

onta

ct

entr

e

Un p

lan

et

un p

lan

Une s

ph

ère

dans

une s

phère

Un c

ylindre

et

un p

lan

Une s

ph

ère

dans

un c

ylindre

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2.1.5 Exercice : analyse des contacts

? Remplir le tableau d’analyse des contacts suivant.

SchémaNb de

contactType du contact

Géométrie ducontact

Géométrieen contact

1 Ponctuel Point Sphere / Plan

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2.1.6 Les degrés de liberté

De façon à étudier les liaisons mécaniques, on associe à chaque liaison un repère local. Cerepère est associé à un des deux solides en contact. L’origine du repère local est généralementplacée en un point caractéristique de la liaison et les vecteurs directeurs de sa base correspon-dront, dans la mesure du possible, à des axes de symétrie, de révolution, etc. Enfin, le repèrelocal sera généralement choisi de sorte que les mouvements élémentaires soient indépendants.

Bielle

Manivelle

X

Y

Z

Repère local associé à la bielle

O

(a) Pièces non-assemblées

Bielle

Manivelle

X

Y

Z

Repère local associé à la bielle

O

(b) Pièces assemblées

Figure 18 – Exemple de repère local associé à une liaison bielle/manivelle

La liaison entre deux pièces se caractérise par le nombre de mobilités que peut avoir l’unedes pièces par rapport à l’autre. Ces mobilités (ou mouvements autorisés) sont appelées degrésde liberté. Soit R(~x,~y,~z) le repère local associé à la liaison entre deux solides i et j. On peut alorsdéfinir :

1. Tx comme la liberté de mouvement de translation de direction ~x,

2. Ty comme la liberté de mouvement de translation de direction ~y,

3. Tz comme la liberté de mouvement de translation de direction ~z,

4. Rx comme la liberté de mouvement de rotation de direction ~x,

5. Ry comme la liberté de mouvement de rotation de direction ~y et

6. Rz comme la liberté de mouvement de rotation de direction ~z.

Les figures 19 illustrent les mouvements de translation et de rotation. En considérant deuxpoints A et B appartenant à un solide (S), on considère qu’il y a un mouvement de translation sile vecteur ~AB reste parallèle et constant au cours du mouvement. Si un angle est observé entre~AB et ~A′B′, alors il s’agit d’une rotation. Enfin, si la norme du vecteur ~AB change, c’est qu’il y a

eu une déformation. Ce dernier cas n’est pas traité ici !

A

B

A'

B'

(a) Translation : ~AB = ~A′B′

A

B

A'

B'

(b) Rotation : ~AB 6= ~A′B′

Figure 19 – Illustration des mouvements de translation et de rotation

Un solide libre se mouvant dans l’espace tridimensionnel possède donc 6 degrés de libertécomme l’illustre la figure 20.Lorsque deux pièces viennent en contact pour former une liaison

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mécanique, certains mouvements relatifs deviennent alors impossibles. Une liaison mécaniquesupprime donc des degrés de liberté. On synthétise les mobilités d’une liaison dans le tableau desmobilités. On indique par un « 1 » ou un « 0 » si la mobilité est possible. « 0 » correspond au casoù la mobilité est impossible et « 1 » au cas où celle-ci est autorisée. Par exemple, le tableau desliaisons 21a correspondant aux degrés de liberté de la liaison pivot illustrée sur la figure 21b.

X

Z

Y

Ry y

T

Rx

Rz

Solide

Figure 20 – Les six degrés de liberté d’un solide libre : 3 rotations et 3 translations.

T R~x 0 0~y 0 1~x 0 0

(a) Tableau des mobilité

X

Y

Z

O

(b) Liaison

Figure 21 – Application du tableau des mobilité pour une laison pivot

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2.1.7 Tableau normalisé des liaisons

? Visionner l’animation http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/cours/3_tableau-des-liaisons.html puis remplir le tableau suivant.

Nom de la liaison

tran

slat

ion

rota

tion

tota

l

Vue de face Vue de coté Exemple

Encastrement 0 0 0

Pivot

Glissière

Hélicoïdale

Pivot glissant

Rotule à doigt

Rotule

Appui plan

Linéairerectiligne

Linéaireannulaire

Ponctuelle

Tableau des liaisons mécaniques selon la norme NF EN 23952 / ISO 3952-1

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2.1.8 Exercice : analyse des mobilités

? Visionner l’animation http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/exo/2_les-ddl.html puis remplir le tableau d’analyse des mobilités.

SchémaTableau des

mobilitéNb ddl entranslation

Nb ddl enrotation

Nom de la liaison

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

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SchémaTableau des

mobilitéNb ddl entranslation

Nb ddl enrotation

Nom de la liaison

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

Z

X

Y

O

T R

x

y

z

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2.1.9 Exercice : analyse des liaisons

? Visionner l’animation http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/exo/3_les-liaisons.html puis remplir le tableau suivant d’analyse desmécanismes.

Liaison entreTableau des

mobilitéNom liaison Symbole dans (~x,~y)

fourche/roue

T R

x

y

z

fourche/cadre

T R

x

y

z

pédalier/cadre

T R

x

y

z

levier/vis

T R

x

y

z

mors mobiles/corps

T R

x

y

z

levier/vis de serrage

T R

x

y

z

corps/socle

T R

x

y

z

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Liaison entreTableau des

mobilitéNom liaison Symbole dans (~x,~y)

piston/corps

T R

x

y

z

piston/levier

T R

x

y

z

vis/levier

T R

x

y

z

levier/support

T R

x

y

z

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2.1.10 Les sous-ensembles fonctionnels

Les sous-ensembles fonctionnels définissent un ensemble de pièces qui sont immobiles lesunes par rapport aux autres. Dans la littérature, un sous-ensemble fonctionnel est aussi ap-pelé classe d’équivalence ou sous-ensemble cinématique. Ces sous-ensembles constituent des classesd’équivalence représentant une entité cinématique indépendante. Par exemple, la figure 22 repré-sente une bride hydraulique. Cette bride est composée d’un vérin qui permet grâce à plusieursbielles d’obtenir un effort de pression important au niveau de l’extrémité de la bride (doigt deserrage). Ce système permet de maintenir fermement en position une pièce.

Vérin

Biellette

Bielle

Bâti

Doigt de serrage

Figure 22 – Bride hydraulique

? Visionner l’animation http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/cours/4_les-sous-ensembles.html. Repérer ensuite les classes d’équivalencepar différentes couleurs sur le schéma ci-dessous. Enfin, nommer ces classe d’équivalences par deslettres.

On remarque que le système de la bride hydraulique est composé de plus de 40 pièces et deseulement de 6 classes d’équivalence.

? Indiquer ci-dessous les repères des pièces composant les différentes classes d’équivalence.

A : { 17, 18, 19B : {11,C : {5,D : {31,E : {25,F : {1,

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i Les solides déformables tels que les ressorts sont généralement exclus des groupes cinématiques.

2.1.11 Le graphe des liaisons

Le graphe des liaisons permet de représenter de façon synthétique les liaisons mécaniquesentre les différentes classes d’équivalence. Le graphe se compose de cercles dans lesquels sontinscrits les noms ou les repères des classes d’équivalence. Ces cercles sont ensuite reliés pardes traits symbolisant une liaison mécanique entre ces deux classes. En outre, le type de liaison(pivot, glissière, etc.) est indiqué.

? Compléter le graphe ci-dessous correspondant à la bride hydraulique en indiquant les liaisonscinématiques entre chaque sous-ensemble.

A B

C

D E

F

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2.1.12 Exercice : perforatrice

? En vous aidant de l’animation en ligne http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/exo/4_perforatrice.html et des fichiers d’aide, repérer grâce à diffé-rentes couleurs les différents sous-ensemble cinématique sur la figure suivante.

? Compléter les classes d’équivalence et réaliser le graphe des liaisons

Classe d’équivalence Graphe de liaisons

A : {

B : {

C : {

? Sur la figure suivante, réaliser le schéma cinématique par dessus le dessin en gris pale.

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2.1.13 Exercice : coupe tube

? En vous aidant de l’animation en ligne http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/exo/5_coupe-tube.html et des fichiers d’aide, repérer grâce à différentescouleurs les différents sous-ensemble cinématique sur la figure suivante.

? Compléter les classes d’équivalence et réaliser le graphe des liaisons

Classe d’équivalence Graphe de liaisons

A : {

B : {

C : {

D : {

E : {

F : {

? Sur la figure suivante, réaliser le schéma cinématique par dessus le dessin en gris pale.

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Communication Technique 1 Module 106

2.1.14 Exercice : étau de modélisme

? En vous aidant de l’animation en ligne http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/anim/exo/6_etau.html et des fichiers d’aide, repérer grâce à différentes couleursles différents sous-ensemble cinématique sur la figure suivante.

? Compléter les classes d’équivalence et réaliser le graphe des liaisons

Classe d’équivalence Graphe de liaisons

A : {

B : {

C : {

D : {

E : {

F : {

G : {

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Communication Technique 1 Module 106

? Sur la figure suivante, réaliser le schéma cinématique par dessus le dessin en gris pale.

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2.2 Initiation au logiciel openmeca

Openmeca est un logiciel permettant de réaliser des schémas cinématiques en trois dimen-sions. Il est aussi possible d’utiliser ce logiciel pour réaliser des études mécaniques statiquesou dynamiques de mécanismes. L’objectif de cette initiation est de réaliser un système bielle-manivelle tel que le montre les schémas ci-dessous.

A

BC

~x0

~y0

O

0 bati

1 manivelle

2 bielle

3 piston

D

Figure 23 – Dessin technique d’un système bielle-manivelle et schéma cinématique associé

? En supposant les longueurs suivantes : [OA] = 5 cm, [AB] = 5 cm, [OC] = 20 cm, [OD] =

30 cm, esquissez sur openmeca le schéma cinématique correspondant. Attention, vous choisirezcomme liaison entre le bâti et la manivelle, une liaison de type moteur et non pas une liaison detype pivot.

i Un tutoriel sur openmeca est disponible sur youtube à l’adresse suivante : https: // www.youtube. com/ playlist? list= PLjFD44HqZ1diZN45FSLO82NyuIgpu4Lml

Un peu d’aide

La construction d’un mécanisme sous openmeca requiert généralement les étapes suivantes.

1. Commencez d’abord par définir les sous-ensembles cinématiques en choisissant Solide >Nouveau. Vous pouvez alors définir pour chaque sous-ensemble (ou solide) un nom et unecouleur.

2. Définissez les liaisons avec Liaison > xxx où xxx est le type de la liaison) que vous sou-haitez introduire. Vous pouvez ensuite définir les coordonnées ainsi que l’orientation de laliaison.

3. Définissez ensuite des géométries d’habillage (Géométrie > Habillage. Ces géométries per-mettent d’habiller votre schéma et de faciliter sa lecture.

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4. Enfin, vous pouvez simuler votre mécanisme avec Système > Simulation pour observerle mouvement produit.

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2.3 Travaux pratiques

Pré requis :— Lecture de plan— Utilisation du logiciel solidworks— Utilisation du logiciel openmeca— Démarche de réalisation d’un schéma cinématique— Notion d’actions mécaniques.

Compétences visés :— Modélisation des liaisons— Modélisation des actions mécaniques

Connaissances nouvelles :— Modélisation d’une action de pression constante sur une surface plane— Approche intuitive de la notion de moment.

Matériel à disposition :— Un dossier technique numérique

Hypothèses sur les liaisons :— On supposera les liaisons comme parfaites : sans jeu et sans frottement— On modélisera la liaison entre le levier et la pièce à brider comme une ponctuelle étant

donnée que la surface de contact est très faible.

Hypothèse de problème plan :— Étant donné que les systèmes possèdent un plan de symétrie, on considérera le problème

comme un problème plan.Hypothèses sur les efforts :

— On négligera l’effet de la pesanteur devant les autres efforts

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2.3.1 Bride hydraulique « ERNAULT »

Problème technique :— Vérifier les performances de la bride— Repérer les paramètres géométriques influant sur l’effort de serrage— Reconcevoir la bride en vue d’une meilleur performance— Vérifier les performances de la nouvelle bride

Hypothèses sur les liaisons :— On modélisera la liaison entre le levier et la pièce à brider comme une ponctuelle étant

donnée que la surface de contact est très faible.

Hypothèse sur la répartition de la pression :— On supposera la pression exercée par l’huile sur le piston comme uniforme. On peut donc

modéliser cette action par un vecteur force exercé au barycentre de la surface de contacthuile/piston de direction perpendiculaire à celle-ci (étant donné que la surface est plane)

Hypothèses sur les efforts :— On négligera l’effort exercé par le ressort de rappel

Dossier en ligne : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/bride.zip

? Prendre connaissance des différents documents ressources mis à votre disposition de façon àappréhender le mécanisme étudié.

Q1. Repérer les différents sous-ensembles cinématiques sur la vue de coupe A-A en les coloriant.

Q2. Expliquer le rôle de l’écrou 13, de la rondelle 12, et de la vis 11.

Q3. Expliquer le rôle de la vis 7.

Q4. Définir les pièces appartenant aux trois sous-ensembles cinématiques composant la bride.

Vous adopterez les dénominations suivantes :— SEC 0, SE fixe— SEC 1, SE Piston— SEC 2, SE Levier

Q5. Réaliser le graphe des liaisons en indiquant pour chaque liaison le type de contact et le nomde la liaison.

? Réaliser sous openMeca le schéma cinématique de ce système.

Trouver en vous reportant au dossier technique la valeur de la pression de l’huile puis mesurersur la vue de coupe A-A le diamètre du piston.

Q6. Déterminer l’intensité de l’effort exercé par l’huile sur le piston.

La formule pour déterminer l’effort est :

F = P× S

où F est l’effort en Newton, P est la pression de l’huile en Pascal et S la surface du piston en m2.

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Q7. Déterminer la valeur de l’effort presseur avec le logiciel openmeca. Est-il conforme au cahierdes charges ?

Q8. Imaginer deux solutions constructives permettant d’obtenir un effort presseur de 500 Newton.

? Choisir une solution et vérifier-la avec le logiciel openmeca.

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y

xz

B

C

A

x

E

COUPE A-A

hydraulique

Table de la machine outil

àusiner

y Pièce

Pression

D

Cou

rsedu

piston

A4Ech. 1:1

BRIDE HYDRAULIQUEMise en Plan

G.B.

13

12

7 6 25

3 8

10

12

13

1

11

4

11

9

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2.3.2 Support de perçage

Problème technique :— Vérifier les performances du support de perçage vis à vis des principes d’ergonomie

Dossier en ligne : http://www.unilim.fr/pages_perso/damien.andre/cours/sch-cin/support.zip

Q1. Repérer les différents sous-ensembles cinématiques sur la vue de coupe A-A en les coloriant.

Q2. Définir les pièces appartenant aux sous-ensembles cinématiques composant le support de per-çage.

Vous adopterez les dénominations suivantes :— SEC 0, SE fixe : {1;— SEC 1, SE Support mobile : { 4;— SEC 2, SE Levier : { 16 ;— SEC 3, Biellette : 9

Q3. Réaliser le graphe des liaisons en indiquant pour chaque liaison le type de contact et le nomde la liaison.

? Réaliser sous openmeca le schéma cinématique de ce système.

Tester votre schéma en réalisant une simulation : motoriser la liaison entre le SE Fixe et le levierpuis lancer une simulation et observer le résultat.

Q4. Trouver, en vous reportant au dossier technique, la valeur de l’effort que peut produire unhomme en bonne santé sur le levier. En quel point va s’exercer cet effort ? Quelle va être la directionde cet effort ?

Calcul de l’effort de perçage avec openmecaOuvrir le fichier openmeca Support_corrige.omc. La liaison ponctuelle modélise la liaison

entre le forêt de la perceuse et la pièce à percer. Modéliser l’effort exercé par l’utilisateur sur lelevier :

1. rechercher dans l’arbre de création le point d’application de l’effort ;

2. clic droit sur ce point ;

3. sélectionner insérer glisseur ;

4. entrer un nom pour ce glisseur (Futil par exemple) ;

5. choisir une couleur de représentation (de préférence rouge) ;

6. indiquer les coordonnées du glisseur et

7. modifier l’échelle de représentation des efforts à 0.1%.

Insérer une mesure d’effort entre le forêt et la pièce à percer :

1. rechercher dans l’arbre de création la liaison correspondante ;

2. clic droit sur cette liaison ;

3. sélectionner insérer mesure d’effort et

4. choisir une couleur de représentation pour la résultante (de préférence rouge).

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Q5. Lancer une simulation et cliquer sur l’onglet résultat. Indiquez les caractéristiques de l’effort deperçage : point d’application, norme et direction.

Q6. En vous reportant au dossier technique, la valeur de l’effort de perçage est-il valable du pointde vue du cahier des charges ?

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Ech. 1:3

A4SUPPORT DE PERCAGEDocument DT1 - Mise en Plan

G.B.

A

A

CD

A-A

A

B

E

x

y

zx

y

z

xy

z

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3 Mini-projet

3.1 Travail attendu

Lors de la réalisation de ces mini-projets, l’étudiant aura un travail personnel ou en groupe àeffectuer sur une thématique précise. Cette activité constitue un entraînement et une introductionà la conception et la réalisation d’un objet technique. Les différents problèmes rencontrés aucours de la réalisation de ce mini-projet seront l’occasion pour l’étudiant d’être confronté à laréalité et de développer des solutions originales afin de surpasser ces difficultés.

Les travaux demandés au cours de ces mini-projets sont de :— réaliser une recherche bibliographique. Cette phase est essentielle au déroulement du pro-

jet. L’objectif est d’avoir une bonne connaissance du principe général de l’objet technique,de leurs principaux composants et des différentes solutions techniques existantes

— réaliser une maquette numérique de l’objet technique sous solidworks— réaliser des simulations de l’objet technique sous le logiciel openmeca— rédiger un rapport technique de six pages minimum qui devra contenir une étude biblio-

graphique de l’objet, une justification des solutions adoptées, les mise en plan, etc. Votretravail sera évalué sur ce dossier.

Après validation du professeur référent, certaines pièces de formes complexes pourront éven-tuellement être réalisées par impression 3D (machine Zortrax M200).

3.2 Mini-projet 1 : mini-éolienne verticale

L’objectif de ce mini-projet est la conception d’une mini-éolienne verticale. L’encombrementmaximal de l’éolienne devra être d’environ 50 cm x 50 cm x 50 cm. Cette éolienne pourrait parexemple servir à recharger un téléphone portable. La partie mécanique seule (bâti, rotor, hélice,roulement) fera l’objet d’une conception.

3.3 Mini-projet 2 : mini-machine plantigrade

L’objectif de ce mini-projet est la réalisation d’une mini-machine plantigrade basée sur lesmécanisme lambda de Tchebychev. L’encombrement maximal de la machine plantigrade devra être

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d’environ 50 cm x 50 cm x 50 cm. La machine devra permettre de transformer un mouvementde rotation continu en un mouvement de quadrupède capable de se déplacer sur le sol.

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