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CONSTRUCTION MECANIQUE 1 Polycopié UNIVERSITE ABDERRAHMANE MIRA – BEJAIA –FACUL

CONSTRUCTION MECANIQUE 1 Polycopié UNIVERSITE ABDERRAHMANE MIRA – BEJAIA –FACULTE DE TECHNOLOGIE Département de Génie-Mécanique Dr. MOHAND AKLI SAHALI Mohandakli.sahali@univ-bejaia.dz Ce polycopié est destiné aux étudiants de 5e semestre Licence LMD − spécialité Constructions Mécaniques − Filière Génie Mécanique. 2020-2021 i Préface Conçu pour répondre aux exigences du canevas de formation de la construction mécanique. Ce polycopié de cours et d’exercices de Constructions Mécanique 1 s’adresse aux étudiants de 5e semestre licence LMD. Il a été élaboré tout en prenant en compte les dernières mises à jours et les avancées faites dans ce domaine. Son objectif est de fournir aux étudiants un savoir scientifique et technologique dans le domaine de la conception des assemblages mécaniques. Ce document synthétise aussi bien les connaissances que les supports méthodologiques nécessaires à la maitrise de cette matière. Naturellement, des exemples de cas pratiques et d’applications numériques sont présentées dans chaque chapitre. Des sites web conviviales, avec des présentations virtuelles très explicites, sont également proposés dans le but d’enrichir les connaissances de l’étudiant. On répartit ce cours en cinq chapitre. Le premier chapitre traite des définitions de la construction mécanique et de l’étude de la conception ainsi que des rappels en relation avec la résistance des matériaux, l’économie et la fiabilité des systèmes mécaniques. Ensuite, le deuxième chapitre aborde dans le détail les assemblages non démontables à savoir ; le calcul de dimensionnement des rivets et des rivures, le calcul de résistance des différents types de soudures. Le chapitre trois est dédié à l’étude des assemblages filetés à travers le calcul de résistance au cisaillement, au matage, à la flexion et le choix approprié de moyens de serrage et les techniques de serrage des systèmes hyperstatiques. Le chapitre quatre est porté sur l’étude des assemblages par montage à force en mettant en exergue ses avantages et inconvénients et en abordant le calcul de résistance (charge axiale, moment de torsion), le montage par échauffement du moyeu, le montage par refroidissement de l’arbre et le calcul d’ajustement. Enfin le dernier chapitre sera consacré à l’étude des éléments d’obstacles, en se focalisant sur le calcul de dimensionnement et de résistance des éléments tels que les clavettes, les cannelures et les ressorts. ii A propos de la matière Semestre : 5 Unité d’enseignement : UEF 3.1.1 Matière : Construction Mécanique 1 VHS: 45h00 (cours: 1h30, TD: 1h30) Crédits : 4 Coefficient : 2 Connaissances préalables recommandées: Dessin Industriel, R.D.M., procédés de la fabrication mécanique. Mode d’évaluation : Contrôle continu : 40% ; Examen : 60%. iii Table des matières Préface………. ........................................................................................................................... i A propos de la matière ............................................................................................................. ii Table des matières ................................................................................................................... iii Chapitre 1 : Généralités et fondements .................................................................................. 1 La construction mécanique ............................................................................................. 1 Etude de la conception .................................................................................................... 2 2.1. Hypothèses fondamentales .......................................................................................... 2 2.2. Démarche générale de dimensionnement .................................................................... 3 Coefficient de sécurité ..................................................................................................... 8 Fiabilité de construction .................................................................................................. 8 4.1. Définition ..................................................................................................................... 9 4.2. Cas de charge aléatoire : .............................................................................................. 9 4.3. Cas de charge et résistance aléatoires ........................................................................ 10 Normalisation en construction mécanique .................................................................... 12 5.1. Définition de la norme (technique) ............................................................................ 13 5.2. Usage des normes techniques .................................................................................... 13 5.3. Classification ............................................................................................................. 14 Exercices ....................................................................................................................... 15 6.1. Exercice 1 (Dimensionnement) ................................................................................. 15 6.2. Exercice 1 (Fiabilité) : ............................................................................................... 16 Chapitre 2 : Les assemblages permanents ........................................................................... 18 Introduction ................................................................................................................... 18 Les rivures ..................................................................................................................... 18 Différents types de rivets et rivures .............................................................................. 19 Calcul de dimensionnement .......................................................................................... 20 4.1. Calcul des rivures chargées par l’effort symétrique .................................................. 20 4.2. Calcul des rivures chargées par un moment de flexion (charge asymétrique) .......... 22 Assemblage soudé ......................................................................................................... 24 Différents types de joint de soudures ............................................................................ 24 Calcul des soudures soumises aux charges statiques .................................................... 25 7.2. Soudure en bout ......................................................................................................... 26 7.3. Soudure à couvre joint ............................................................................................... 28 7.4. Soudures d’angle ....................................................................................................... 28 Calcul des soudures soumises aux charges dynamiques ............................................... 31 Exercices ....................................................................................................................... 35 9.1. Exercice 1 (rivets) ...................................................................................................... 35 9.2. Exercice 2 (soudure) .................................................................................................. 36 Table des matières iv Chapitre 3 : Les assemblages filetés ..................................................................................... 37 Introduction ................................................................................................................... 37 Les types d’assemblages filetés .................................................................................... 37 2.1. Assemblage boulonné ................................................................................................... 37 2.2. Assemblage vissé ....................................................................................................... 38 2.3. Assemblage goujonné ................................................................................................ 38 Règles de montages ....................................................................................................... 39 3.1. Longueur minimale d’implantation ........................................................................... 39 3.2. La réserve de filetage ................................................................................................. 39 3.3. Le diamètre du trou de passage ................................................................................. 39 Caractéristiques technique des vis ................................................................................ 41 4.1. Désignation d’une vis ................................................................................................ 41 4.2. La classe de qualité .................................................................................................... 41 Calcul de résistance ....................................................................................................... 42 5.1. Assemblages non précontraints ................................................................................. 42 5.2. Assemblages précontraints ........................................................................................ 45 Résistance au matage : .................................................................................................. 55 6.1. Assemblage non précontraint .................................................................................... 55 6.2. Assemblage précontraint ........................................................................................... 57 Exercice…………………………………………………………………………… ..... 57 Chapitre 4 : Assemblage forcés ............................................................................................. 60 Introduction ................................................................................................................... 60 Intérêt 60 Calcul du serrage minimal (permanence) ..................................................................... 60 3.1. Charge axiale ............................................................................................................. 62 3.2. Moment de torsion ..................................................................................................... 62 3.3. Charge axiale et moment de torsion .......................................................................... 62 Calcul de résistance mécanique .................................................................................... 63 Montage par échauffement du moyeu ou par refroidissement de l’arbre ..................... 64 Calcul de l’ajustement. .................................................................................................. 66 Exercice……………………………………………………………………………. .... 67 Chapitre 5 : Eléments d’obstacles ........................................................................................ 69 Introduction ................................................................................................................... 69 Calcul de dimensionnement et de résistance ................................................................. 69 2.1. Clavetages longitudinaux .......................................................................................... 69 2.2. Cannelures ................................................................................................................. 73 Exercice : ....................................................................................................................... 76 Bibliographie .......................................................................................................................... 77 1 Chapitre 1 : Généralités et fondements La construction mécanique Afin de réaliser des liaisons complètes ou partielles entre pièces, la construction mécanique utilise deux méthodes d’assemblage principales. La première est celle utilisant des éléments d’obstacle (rivets, boulons, goupilles, clavettes, cannelures ou même des cordons de soudure). Ce type d’assemblage est démontables la plupart du temps, à l’exception des soudures et des rivures qui sont difficilement démontables. La deuxième est celle obtenue par adhérence des pièces grâce au efforts de frottement statiques. On peut citer dans ce cas, les assemblages forcés (frettés) généralement entre arbre et moyeu et les assemblages vissés précontraints (montés avec jeu). Ces joints sont normalement démontables en annulant l’effort de serrage. Le but principal est alors de transmettre des efforts statiques souvent importants, et parfois dynamiques (chocs, vibrations, etc.). Dès lors, l’endommagement du mécanisme sera probablement dû à : - L’augmentation des efforts maximaux à transmettre (effets dynamiques) ; - La fatigue du matériau, combinant les valeurs maximales des efforts et le nombre de cycles des sollicitations alternées (changements du signe des efforts) ou simplement modulées (variations alternatives d’efforts restant de même signe). Ces phénomènes sont d’autant plus dangereux quand le matériau comporte des défauts, causés lors de son élaboration ou lors de son assemblage (écrouissage, soudures, etc.), qui le rend trop sensible à la rupture fragile. En effet, les formes irrégulières des pièces et la présence de trous ou encore de fissures dues aux procédés de fabrication (soudage, usinage, poinçonnage etc.), sont à l’origine de la concentration de contraintes dont les valeurs piques favorisent la rupture brusque de l’ouvrage si elles ne sont pas prises en considération dans les calculs de résistance. Le constructeur doit alors se rapprocher le plus possible de la réalité en prenant au sérieux toutes les sources d’erreurs, que ce soient liées à la modélisation (modèles et méthode de calcul), aux qualités du matériau (composition chimique, traitements thermiques, contraintes résiduelles dues à l’usinage etc.), aux mode d’assemblage (rivetage, boulonnage, soudage etc.), à l’environnement de service du mécanisme (effets de vieillissement par exemple). Chapitre 1 : Généralités et fondements 2 Etude de la conception La conception est la démarche qui donne une cohérence et une efficacité optimale au projet. Par ailleurs, le dimensionnement des éléments de machines est le passage obligé dans l’art de construire. Il est donc primordial de rappeler ici les hypothèses fondamentales et la démarche générale de dimensionnement des composants mécaniques. 2.1. Hypothèses fondamentales On suppose par la suite que :  Les matériaux sont homogènes1 et isotropes2.  Toutes les forces extérieures exercées sur la poutre sont contenues dans le plan de symétrie.  Hypothèse de Navier-Bernoulli ; les sections droites, planes et perpendiculaires a la ligne moyenne (Lm), le seront même après déformation (Fig.1-1a).  On se place toujours dans le cas de petites déformations (Fig.1-1b). (a) (b) Figure 1-1 : Hypothèses de petites déformations (a) et grandes déformations (b). 1 Même structure et constituants dans tous les grains de matière. 2 Mêmes caractéristiques mécaniques dans toutes les directions et point de la structure (acier non allié, Aluminium, cuivre…). Chapitre 1 : Généralités et fondements 3 2.2. Démarche générale de dimensionnement Le dimensionnement des éléments de machine se fait en fonction de cahier des charges et du coefficient de sécurité. Cependant la démarche à suivre exige la connaissance plus ou moins précise des forces extérieures exercées sur l’élément, les réactions au appuis (liaisons mécaniques), les efforts internes et enfin les contraintes et les déformations (fig.1-2). Figure 1-2 : Démarche générale de dimensionnement. Composante des forces internes : Les efforts internes ou de cohésion assurent l’équilibre et la cohésion de la structure sous l’action des forces extérieures. On peut toujours couper un solide virtuellement (de manière fictive) et regarder ce qui se passe à l’intérieur de la matière uploads/Industriel/ polycopie-construction-mecanique-1.pdf