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I-1 Conception des systèmes mécaniques : 1.1 Concepts terminologiques : - Conce

I-1 Conception des systèmes mécaniques : 1.1 Concepts terminologiques : - Conception et Construction mécanique: C’est le processus de création, de dessin ou de projet, plus spécifiquement dans le cadre de la fabrication de produit. La construction est le fait d’assembler différents éléments mécaniques en utilisant des matériaux et des techniques appropriées en vue d’édifier un appareil, une machine ou n’importe quelle installation industrielle. - Système Mécanique : Un système Mécanique est un ensemble structuré de constituants et de composants dont le but est la réalisation de fonctions permettant de soulager l'homme dans son activité quotidienne (automobile, robot, ...). Le souci du technicien doit être d'améliorer constamment les performances de ces systèmes en optimisant leurs constituants et leur architecture. Ceci nécessite une compréhension accrue des phénomènes qui se déroulent au sein de ces systèmes. 1.2 Concepts liés à la conception mécanique : pratiquer la mission de concepteur oblige le spécialiste de ne pas perdre de vue un certain nombre de facteurs liés à cette mission (fig.1.1). 1.3 Evolution des méthodes de conception : Le développement des sciences et des techniques reposait il y a peu de temps encore sur une combinaison d'empirisme et de théories. Les phénomènes physiques s'exprimaient en formules et diagrammes dont se servait constamment le concepteur de machines. L'étude analytique lui fournissait les lois de comportement et lui permettait de «sentir» ce qui se passe dans les mécanismes. Faute de moyens suffisants, les modèles de calcul étaient forcément très simples, voire simplistes. La mise en service des prototypes réservait bien des surprises et exigeait un coûteux travail de mise au point Le développement fulgurant de l'informatique et du calcul numérique permet aujourd'hui de concevoir des machines directement à l'ordinateur. Avec de bons modèles, on peut voir fonctionner un mécanisme à l'écran et calculer toutes les grandeurs cinématiques et dynamiques, épargnant du coup la construction de prototypes. D'innombrables logiciels existent pour dimensionner les organes de Fonctions et composants mécaniques Conception collaborative des systèmes et composants mécaniques Normalisation en construction mécanique Intégration de la sécurité à la conception des machines Spécification géométrique des produits Conception assistée par ordinateur Sûreté de fonctionnement : maitrise des risques Eco conception Qualité Retour d’expérience technique Conception Mécanique (fig.1.1). Concepts liés à la conception mécanique machines traditionnels et les pièces de géométrie compliquée. Des bases de données contiennent les catalogues des fournisseurs et les caractéristiques des matériaux. Le couplage du calcul avec des logiciels de dessin paramétrables permet une véritable conception assistée par ordinateur avec une interaction constante du calcul et du tracé. Les dessins d'exécutions informatisés permettent de programmer directement les machines-outils (CFAO). Ces méthodes modernes sont séduisantes, mais présentent deux graves inconvénients: -Les lois de comportement sont cachées dans les logiciels, de sorte que l'utilisateur non averti tâtonne pour trouver les bonnes solutions. Il en est parfois réduit à varier des paramètres à l'aveugle et d'expérimenter à l'écran pour redécouvrir leur influence et orienter sa démarche -La modélisation et le calcul par éléments finis sont souvent beaucoup plus longs que des calculs analytiques classiques. Moyennant un peu d'expérience, ces derniers sont néanmoins suffisants pour un avant-projet. 1.4 Prérequis : Cette matière est dispensée à des étudiants supposés connaitre les sciences de base de l'ingénieur (mécanique rationnelle, statique, mécanique des solides déformables, théorie des vibrations); elle suppose aussi que l’étudiant connaisse les organes de machines et les principes de leur dimensionne ment. On fera néanmoins les rappels nécessaires à la compréhension. 1.5Eléments de base de conception mécanique : 1.5.1 Structure générale d’une machine : Une machine se distingue au premier coup d'œil de tout autre objet créé par l'homme par son mouvement. Elle comprend en principe au moins les organes suivants: - le moteur est la source d'énergie mécanique: moteur électrique, vérin pneumatique, ressort; il transforme toute forme d'énergie en énergie mécanique; il est lui-même constitué de pièces mécaniques; - l'outil, au sens large, est l'organe qui effectue le travail demandé à la machine: crochet d'attelage d'une locomotive, couteau d'une faucheuse, foret d'une perceuse; il agit sur l'objet de ce travail: wagon, blé, matière à percer; - la transmission lie le moteur à l'outil et adapte ces organes entre eux: réducteurs de vitesse, embrayages, cames La transmission reliant le moteur à l'outil se compose généralement d'une série d'éléments et d'organes en mouvement constituant la chaîne cinématique. Mais les machines comportent très souvent plusieurs outils et leurs mouvements dans l'espace nécessitent plusieurs moteurs et des chaînes cinématiques appropriées. Du point de vue strictement mécanique, on peut dire qu'une machine se compose d'une série d'éléments qui: • transmettent du mouvement; • transmettent des efforts; • transmettent de l'énergie. Ces trois grandeurs forment l’essentiel d’une machine. Toujours en observant une machine, on peut la décomposer en deux grands groupes d'organes: • La chaîne cinématique dont les éléments en mouvement sont le siège d'efforts qui transmettent de l'énergie; on dit qu'un élément est menant lorsqu'il communique un mouvement et de l'énergie motrice à un autre élément. Celui qui reçoit cette énergie est dit mené. • Le bâti et les guidages qui soutiennent et guident les organes de la chaîne cinématique ne transmettent que des efforts, pas d'énergie Toutes les machines sont équipées de dispositifs de commande et de contrôle destinés à les mettre en marche et à les arrêter, à régler leur puissance ou leur vitesse, à coordonner leurs mouvements. D'autres organes assurent leur sécurité et permettent en tout temps de vérifier leur bon fonctionnement. 1.5.2 Fonctions mécaniques : Niveau de Matériel Caractéristiques Exemples complexité 1 pièce de machine, objet élémentaire vis, douille, ressort, élément fabriqué sans opération de rondelle, pignon montage II organe, système simple obtenu par boîte à vitesses, sous-ensemble l'assemblage de pièces; assu- moteur hydraulique. me des fonctions complexes étau III machine, système formé par rectifieuse, appareil, \'assemblage de sous- voiture, instrument ensembles; remplit machine à écrire une fonction globale IV installation, système compliqué remplis- minoterie, juxtaposition sant une série raffinerie de machines de fonctions; composé de ma- chines 1.5.3 Performances : Puissance effort vitesse On distingue quatre niveaux de complexité des objets techniques (tab. 1.3). Les éléments et les organes de machines remplissent les quatre fonctions mécaniques ci-dessus. Ils s'assemblent en organes pour créer des fonctions plus compliquées; puis l'association de divers organes finit par constituer une machine. Enfin, niveau le plus complexe, le groupement de plusieurs machines dont la combinaison permet d'assurer une fonction supérieure. Une machine peut se décomposer en sous-ensembles assurant chacun une ou plusieurs fonctions. En descendant jusqu'à une décomposition ultime, on parvient finalement à définir trois ou quatre fonctions mécaniques de base. A savoir: • la liaison de deux pièces supprime toujours un ou plusieurs degrés de liberté, elle est complète lorsque toute. liberté relative est supprimée, les pièces sont alors solidaires; • le guidage a pour objet d'assurer un mouvement déterminé d'une pièce, il conserve un ou plusieurs degrés de liberté, mais en supprime d'autres; • l'articulation n'est qu'un guidage particulier permettant un mouvement de rotation oscillant, on la distingue parfois des autres; • l'étanchéité s'oppose au passage de fluides et de poussières. Les performances principales de toute machine sont sa vitesse, l'effort qu'elle peut exercer et sa puissance fournie au récepteur. Représentons ces caractéristiques dans un plan effort-vitesse (fig. 1.2). Un point A de ce plan correspond à l'effort et à la vitesse disponibles à l'outil de la machine en question, l'aire du rectangle construit entre ce point et les axes représente la puissance fournie au récepteur car la puissance est égale au produit scalaire de la vitesse par l'effort. Ce plan permet de situer le domaine de travail des machines selon leurs caractéristiques dominantes (fig. 1.3): • Domaine 1. Machines exerçant surtout un effort: presses, cisailles, engins de levage. L'axe d'effort correspond aux efforts statiques purs. • Domaine 2. Machines fournissant de l'énergie: moteurs, compresseurs, véhicules . • Domaine 3. Machines dont l'essentiel est le mouvement: machines à emballer, rotatives d'imprimerie, machines à tisser. L'axe de vitesse est celui des machines à information pure. fig. 1.2 Plan effort-vitesse fig 1.3Domaines de travail des outils On s'efforce de construire des machines toujours plus fortes, plus rapides et plus puissantes. Cela revient à placer le point figuratif le plus loin possible de l'origine du plan effort-vitesse. Mais divers phénomènes physiques fixent des limites à la position de ce point et définissent un domaine de travail possible. Il existe naturellement encore de nombreuses autres caractéristiques pour apprécier les performances d'une machine, notamment: • la précision d'exécution du travail; • la durée du démarrage; • la longévité; • l'impact sur l'environnement (bruit, pollution, vibrations); • la consommation d'énergie; • la sécurité .. • la fiabilité. Globalement, selon ISO, la qualité est l'ensemble des propriétés et caractéristiques d'un produit ou d'un service qui lui confère l'aptitude à satisfaire des besoins exprimés ou implicites. Mais, du point de vue de l'exploitant, il importe surtout qu'une machine soit performante, fiable et économique. La fiabilité est étroitement liée à la conception et à la qualité de l'exécution. Plus une machine est simple, plus eIle est fiable et bon marché à la construction et uploads/Industriel/ conception-des-systemes-mecaniques.pdf