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STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analy

STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 1 Etude n°1 : Moteur simplifé (1 cylindre) Mise en situation Le mécanisme étudié est un moteur à essence de moto. Pour simplifier l’étude, seulement un piston et une bielle ont été représentés. Le mécanisme est composé de quatre sousensembles cinématiques : • Le bloc moteur simplifié (constitué d’une seule pièce fixe) • Le vilebrequin (une pièce) • La bielle simplifiée (constitué ici d’une seule pièce. Généralement les bielles de moteur sont en 2 parties reliées par deux vis et deux écrous pour pouvoir les monter sur le vilebrequin plus des coussinets pour faciliter la rotation relative. La bielle est ici modélisée en une partie pour simplifier l’étude). • Le piston avec son axe (assemblage de deux pièces :le piston et l’axe). Le système biellevilebrequin permet de transformer la translation du piston en rotation du vilebrequin. L’explosion du mélange gazeux génère une pression p sur la surface supérieure S du piston. L’effort induit F (F=p.S) est transmis du piston à la bielle au niveau de la tête de bielle par l’axe du piston, puis de la bielle au vilebrequin au niveau du pied de bielle. Les surfaces de contact entre pièces sont cylindriques. Le piston a un mouvement de translation alterné (Tpiston). Le vilebrequin a un mouvement de rotation continu (Rvilebrequin). La bielle a un mouvement combiné de translation et de rotation. Ce mécanisme possède une loi entrée sortie : Rvilebrequin = f (Tpiston). Objectifs de l’étude : q Simuler le fonctionnement du moteur (TP1) q Visualiser les courbes de déplacement (TP1) q Obtenir la course du piston (TP1) q Visualiser le mouvement du piston lorsque le vilebrequin a un mouvement de rotation uniforme 314 rad/s (3000 tours/minute).(TP2) q Obtenir la vitesse maxi du piston (TP2) q Obtenir l’accélération maxi du piston (TP2) STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 2 TP1 : Simulation du mouvement Objectifs du TP : q Simuler le fonctionnement du moteur Etape 1 :Visualisation des contraintes dans le mécanisme a.Ouvrir l’assemblage « moteur_1_cylindre.CATProduct » dans le sousdossier « Moteur moto » du dossier Cinematique. L’assemblage est constitué de quatre sousensembles : • Le bloc moteur en gris • Le vilebrequin en bleu • Le piston en vert • La bielle en rouge b.Ouvrir l’atelier « Assembly design » Les contraintes de cet assemblage sont visibles en cliquant sur le signe + . Elles sont rappelées cidessus. c.Pour mieux visualiser quelles contraintes sont appliquées sur un composant, cliquer bouton droit sur le composant puis Contraintes du composant. Par exemple voici le résultat pour le vilebrequin. d.Procéder de même avec le piston, la bielle et le bloc moteur. e.Vous pouvez également dans cet atelier « Assembly design », visualiser les degrés de liberté de chaque composant de l’assemblage contraint. Cliquer bouton droit sur le composant puis Contraintes du composant. Par exemple voici le résultat pour le vilebrequin. STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 3 Voici le résultat pour le piston Voici le résultat pour la bielle Le vilebrequin possède 1ddl en rotation autour de x Le vilebrequin possède 1ddl en translation suivant z. La bielle possède 2ddl : 1 en rotation autour de x. 1 en translation (qui dépend de la rotation du vilebrequin ; la direction donnée est la tangente à la trajectoire du centre du pied de bielle – vilbrequin. Cette tangente varie à chaque position angulaire du vilebrequin). Visualisation des ddl sur le mécanisme. STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 4 Etape 2 :Création d’un mécanisme 0.Définition de la position initiale du mécanisme Avant de se lancer dans la création d’un mécanisme pouvant être simulé, il est conseillé de définir la position de départ du mécanisme (position initiale). Cette étape n’est pas obligatoire mais fortement conseillée pour avoir des simulations correctement paramétrées. Pour initialiser la position mécanisme, il faut utiliser les contraintes de l’atelier « Assembly design » Dans notre cas, le mécanisme est placé dans un position quelconque (figure A). La position initiale d’un moteur correspond au point mort haut (PMH). Dans cette position, la bielle est verticale en position haute (figure B). Figure A Figure B 1.Ouverture de l’atelier DMU Kinematics 2.Création d’un mécanisme avec ses liaisons 2.1.Création du nom du mécanisme a. cliquer sur l’icône Conversion de contraintes d’assemblage . b. La boîte de propriétés suivante s’ouvre : Pour positionner correctement le mécanisme avec le piston au point mort haut • Etre dans l’atelier Assembly design • Créer par exemple une contrainte de parallélisme entre un plan de la bielle et un plan du bloc moteur de façon à positionner le mécanisme avec le piston au point mort haut. • Puis inactiver la contrainte de parallèlisme (Cette inactivation est nécessaire pour éviter de créer automatiquement une liaison plane à l’étape 2.2.1.Création automatique de liaison). // STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 5 c. Cliquer sur Nouveau mécanisme pour créer le mécanisme Moteur. Par défaut, le nom du mécanisme est Mécanisme.1. Renommer le Moteur puis OK. Voici alors l’affichage de la boite de conversion : Il faut maintenant créer les liaisons. La boîte donne le renseignement « Couples irrésolus 4/4 ». Cela indique qu’il existe 4 liaisons non crées entre les sousensembles. d. Visualiser les modifications de l’arbre 2.2.Création des liaisons Deux méthodes sont proposées : • La création automatique des liaisons en cliquant sur Création automatique • La création personnalisée des liaisons en cliquant sur Plus. Dans ce dernier cas, voici l’affichage de la boite : STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 6 Il est possible de créer chaque liaison pas à pas avec ses commandes. Cette méthode est plus longue que la création automatique. Nous y reviendrons plus tard. STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 7 2.2.1.Création automatique des liaisons a. Cliquer sur le bouton Création automatique La boîte indique qu’il n’y a plus de couple irrésolus (0/4) donc toutes les liaisons ont été crées. C’est effectivement le cas : b. Visualiser l’arbre et dérouler « Liaisons » et « Fixe » à 4 liaisons ont été crées : • Cylindrique (pivot glissant) entre le piston et la bielle • Pivot entre la bielle et le vilebrequin • Cylindrique (pivot glissant) entre le bloc moteur et le piston • Pivot entre le vilebrequin et le bloc moteur Note : si la contrainte de parallélisme n’avait pas été inactivée lors de la définition de la position initiale, une liaison plane aurait été créée. Il aurait alors fallu la supprimer. c. Valider cette création de liaisons et fermer la boîte de conversion en cliquant sur OK. d. En déroulant l’arbre au niveau de chaque liaison , on peut voir quelles contraintes ont été converties pour la création de la liaison. 2.2.2.Création personnalisée des liaisons. Ce type de création sera vue dans un autre TP. STS CPI Formation CATIA V5 Lycée Louis Armand/ Nogent sur Marne ©F.XERRI Analyse cinématique TP n°1 TP1catiacinematique.doc – mis à jour le :22/01/2005 – F.X. 8 3.Analyse du mécanisme créé a. cliquer sur l’icône Analyse des mécanismes . b. La boîte d’analyse s’affiche c. Cocher liaisons visibles pour visualiser les ddl des liaisons sur l’assemblage. d. Informations nouvelles données par la boîte : • Mécanisme simulable : non (la simulation ne peut être effectuée) • Nombre de commandes : 0 (aucune commande sur les liaisons) • Degrés de liberté sans commande : 1 (un degré de liberté peut être commandé) • Degrés de liberté avec commande : 1 (un degré de liberté doit être commandé) Le mécanisme ne peut être simulé car il faut commander un degré de liberté sur une liaison. Il faut ajouter une commande : • Soit le ddl Rx de la liaison pivot (vilebrequinbloc moteur) • Soit sur le ddl Tz de la liaison cylindrique (pivotglissant pistonbloc moteur) e. Pour confirmer cette information, cliquer sur l’icône « Simuler avec des commandes » . La boîte suivante s’affiche On ne peut simuler un mécanisme tant qu’on n’a pas ajouté de commande sur au moins une liaison. 4.Ajouter une commande à une liaison L’objectif de l’étude est de connaître les grandeurs cinématiques du piston connaissant la vitesse de rotation du vilebrequin. Nous allons donc commander le vilebrequin en rotation. a. Double cliquer sur Pivot.4 (vilbrequin, bloc moteur) dans l’arbre uploads/s3/ tp1-catia-cinematique-cpi.pdf