Christophe HAQUETTE Concours : Agrégation Interne Option : Mécanique Session 20

Christophe HAQUETTE Concours : Agrégation Interne Option : Mécanique Session 2001 Dossier d’Etude et Applications pédagogiques Thème : Réducteur – Inverseur BAUDOUIN Sommaire. Avant propos Ce dossier contient quatre parties : • Partie 1 : Une présentation très succincte de la société des moteurs Baudouin, et du système étudié. • Partie 2 : L’analyse technique de l’embrayage. • Partie 3 : Les exploitations pédagogiques possibles issues de ce système et en particulier un TD de statique - RDM et un TD portant sur les frottements. • Partie 4 : Documents annexes : Plans techniques Plan du Dossier • Partie 1 1. La Société des MOTEURS BAUDOUIN. 1.1.Historique ................................................................................................................................ 1 1.2.La production de propulsions marines ..................................................................................... 2 1.3.Système étudié........................................................................................................................ 2 1.4.cahier des charges .................................................................................................................. 3 1.5.Principales Fonctions............................................................................................................... 3 2.Analyse générale par fonctions...................................................................................................... 5 2.1.Puissance utile......................................................................................................................... 5 2.2.Chaîne cinématique................................................................................................................. 5 2.2.1. Transmission de puissance.............................................................................................. 5 2.2.2. Analyse des liaisons........................................................................................................ 6 2.3.Circuit hydraulique................................................................................................................... 7 2.4.Embrayages ............................................................................................................................ 7 • Partie 2 3. Etude de l’Embrayage. ................................................................................................................. 9 3.1.Dimensionnement.................................................................................................................... 9 3.1.1. Calcul de la pression nécessaire....................................................................................... 10 3.1.2. Prise en compte des frottements sur les cannelures. ........................................................ 11 3.1.3. Calcul de l’effort presseur ................................................................................................. 14 3.1.4. Calcul vérification de la force des ressorts de rappels....................................................... 14 3.1.4.a. Calcul de la pression dynamique de l’huile..................................................................... 14 3.1.4.b. Calcul de la force résultante sur le piston....................................................................... 15 3.1.5. Aplatissement des disques ............................................................................................... 16 • Partie 3 4. Applications pédagogiques........................................................................................................... 19 4.1. Application N° 1 ...................................................................................................................... 21 4.2. Application N° 2 ...................................................................................................................... 39 • Partie 4 5. Documents annexes..................................................................................................................... 57 Partie 1 : Présentation. 1. La Société des MOTEURS BAUDOUIN. La Société des MOTEURS BAUDOUIN est une entreprise marseillaise de 145 employés pour un chiffre d’affaire d’environ 150 MF (forme juridique ; SA à Directoire). Mondialement réputée, pour ses moteurs marins cette société produit également des motorisations pour des applications militaires et industrielles. Elle produit des moteurs diesels de 70 à 1400 cv adaptés à des contraintes d’utilisation très différentes. Cette société centenaire s’est en permanence adaptée aux besoins du marché comme en témoigne son historique. Elle a également adapté ses moyens de production et se trouve à ce jour dotée d’outils de conception et de production modernes. 1.1. Historique 1901 Charles BAUDOUIN crée une entreprise de fonderie de métaux non ferreux. Inventif et passionné, il réalise un moteur à partir de Bronze. 1918 Création de la Société des MOTEURS BAUDOUIN 1921 La Société des MOTEURS BAUDOUIN, innovatrice en son domaine, conçoit et produit son premier moteur moderne à essence. 1929 Construction du premier moteur Diesel. Lancement d’une série avec réducteur intégré, pour la motorisation de navires de pêche. 1948 Création du service “ Application Marines BAUDOUIN ” Ce service assure une activité d’ingénierie et de conseil, particulièrement efficace pour l’ensemble du système propulsif (moteur, réducteur, arbre de transmission, hélice). Lancement de nouvelles séries de moteurs destinés à des applications marines et applications industrielles 1983 Lancement du premier moteur à application militaire. Il équipe le char AMX 10. 1987 La Société des MOTEURS BAUDOUIN développe une gamme de moteurs destinée à équiper les vedettes rapides. Elle participe avec succès au championnat du monde de courses OFFSHORE “ Classe 1 ” durant plusieurs années. 1991 La Société des MOTEURS BAUDOUIN lance une autre série de moteurs pour des applications marines sévères de 225 à 900 cv en service continu. 1997 Forte de sa très large expérience, la Société des MOTEURS BAUDOUIN met au point de nouveaux réglages de puissance pour les applications de servitude très diverses. Elle propose une gamme complète de systèmes propulsifs. 1.2. La production de propulsions marines Chaque domaine d’utilisation implique des servitudes de fonctionnement particulières. La Société des MOTEURS BAUDOUIN a donc développé une gamme de moteurs particulièrement adaptée à chacune de ces utilisations, dans un souci permanent d’obtenir le meilleur rapport performance / coût d’exploitation. Critères dominants Gamme de puissance Utilisations types Capacité à travailler en pleine charge sans limitation de durée 70 à 900 cv Chalutiers, Crevettiers, Remorqueurs de haute mer, Pousseurs, Automoteurs, Dragues, Chalands, Ferries, Bacs... Travail en utilisation continue avec de fréquentes variations de charge. 72 à 1100 cv Navire à passagers, Bateau taxis, Navires de recherche océanographique, Caboteurs côtiers, Thonier, Caseyeurs, Lamparos, Remorqueurs portuaires... Travail à pleine puissance sur de courtes durées. Meilleur rapport poids puissance pour coques planantes ou semi-planantes. 250 à 1200 cv Vedettes à passagers, Vedettes de pêche, Bateaux pompes, Pilotines, Propulseurs d’étraves, Yachts Puissance maximale instantanément disponible. Meilleur rapport poids puissance pour coques planantes 320 à 1300 cv Vedettes de police, Vedettes de Douane, Garde-côtes, Vedettes de sauvetage en mer, Vedettes de pêche sportive, Vedettes rapides de plaisance privée. A l’exception des sous-ensembles d’utilisation standard (pompe à huile, filtres à huile, surpresseurs...) l’ensemble de la fabrication est réalisé par l’entreprise. 1.3. Système étudié. L’étude qui suit porte sur l’inverseur réducteur de type IR-S qui permet de transmettre une puissance maximale de 900 cv. Système complet de propulsion Propuls.bmp 1.4. Cahier des charges Le cahier des charges qui a conduit à l’élaboration de ce produit intègre les trois objectifs suivants : • Sécurité et fiabilité de fonctionnement. Ce système partie intégrante de la propulsion des navires est de ce fait un élément vital de sécurité dès lors que les navires vont au large ou transportent des passagers. Les roulements sont calculés pour une durée de vie de 20 000 H mini en marche avant et 500 H en marche arrière. Chaque système est soumis à validation d’un cabinet de contrôle (Véritas). • Coût d’exploitation optimisé. La masse du réducteur doit être limitée au possible pour satisfaire à des contraintes imposées pour certains types d’embarcation. C’est également pour cette raison que l’huile employée dans le réducteur sert à la commande des embrayages autant qu'à la lubrification et est également de la même qualité que celle utilisée pour le moteur (une seule huile à bord). • Coût de réalisation. Pour être compétitive, l’entreprise est tenue de produire au prix le plus juste. Les dimensions des engrenages sont ainsi calculées de manière à permettre d’avoir l’entraxe le plus petit possible (économie de matière et gain de poids). Un même carter peut également pour cette raison, à capacité de puissance égale, proposer plusieurs rapports de réduction. 1.5. Principales Fonctions Doc01.dvg La fonction principale FP1 : Etablir une liaison entre le moteur et l’hélice Cette fonction principale peut elle-même être scindée en trois sous-fonctions : • Fonction embrayage : Etablir ou non une liaison mécanique entre le moteur et l’hélice • Fonction réducteur : Adapter la fréquence de rotation du moteur à celle de l’hélice • Fonction Inverseur : Inverser le sens de rotation au niveau de l’hélice avec le même rapport de réduction. SADT A-0 Couple & fréquence moteur Couple, fréquence et sens hélice Réducteur / inverseur Lubrifiant Dispositif de commande Adapter la fréquence de rotation Niveau A-0 Consigne pression Doc01.dvg Réducteur Inverseur Moteur Hélice Cale bateau Pilote Lubrifiant FP1 FP2 L’analyse au niveau A0 permet de détailler les principaux sous-ensemble entrant dans la composition de ce système. Doc01.dvg Réduct.dvg Pompe à huile Huile à P0 Energie mécanique Huile à 2,5MPa Réguler Pomper Consigne pression Huile sous pression Régulateur Piloter Commande sens de rotation Embrayer Embrayer arbre secondaire arbre primaire Embrayage Embrayage Couple & fréquence moteur Couple, fréquence et sens hélice Huile à P0 pour lubrification Niveau A0 Lubrifiant A r b r e d ' e n t r é e - Mo t e u r E mb r a y a g e & A r b r e M. A v a n t F i x a t i o n d i s t r i b u t e u r F i x a t i o n P o mp e Hy d r a u l i q u e E mb r a y a g e & A r b r e M. A r r i è r e A r b r e d e S o r t i e - Hé l i c e F i l t r e à h u i l e R é d u c t e u r i n v e r s e u r I R 2 S 1. Analyse générale par fonctions 1.6. Puissance utile - a. - a) Rapport : Puissance maximale / nominale Compte tenu du mode de propulsion par hélice, la puissance maximale des moteurs marins correspond à la puissance nominale du moteur. La figure ci-contre montre l’allure de la courbe « Couple résistant / vitesse de rotation », dans le cas d’une propulsion par hélice. La loi se rapproche d’une fonction Cu = k.ω3 . Il n’y a pas d’à-coups dans cette transmission de puissance qui s’appuie sur la viscosité d’un fluide, il n’est donc pas nécessaire de tenir compte d’un coefficient pour surcharge éventuelle. Cu ω - b. - b) Puissance transmissible par le réducteur La puissance nominale du réducteur étudié est de 900cv soit 657 KW. Pour les bateaux à double motorisation, les hélices doivent tourner en uploads/Industriel/ reducteur-baudouin 1 .pdf

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