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Chapitre 1 Généralités : Analyse des Systèmes Mécanique I- La théorie des machi

Chapitre 1 Généralités : Analyse des Systèmes Mécanique I- La théorie des machines et des mécanismes I-1- Introduction « De l'idée au marché, en apportant le meilleur produit, au meilleur coût et dans les meilleurs délais » : C’est ce qui résume aujourd'hui le challenge des entreprises, notamment les petites et moyennes entreprises (PME), et justifie le besoin d'une formation supérieure en conception et construction mécanique. En effet, les formations d'ingénieurs et de techniciens ont beaucoup évolué depuis les dernières années vers l’utilisation de l’outil informatique et la conception assistée par ordinateur (CAO) a pris une place prépondérante. En contrepartie, la formation technologique à la conception et à la construction mécanique a régressé, à tel point que les élèves ingénieurs et les techniciens peinent aujourd'hui à utiliser leurs connaissances pour discuter le mal fonctionnement d’un mécanisme et lui apporter une solution technologique fiable ou encore procéder à sa re-conception. Par ailleurs, certains confondent entre la conception mécanique et la construction mécanique qui sont deux activités de base, de l’activité de l’avant-projet, nécessaires pour concevoir ou mettre au point de nouveaux composés, procédés ou systèmes. En analyse comme en conception, l’ingénieur ou le technicien doit être capable de représenter les solutions techniques sous forme de schémas, de dessins multi vues à main levée, aux instruments ou à l’aide de la CAO. La conception consiste en l’élaboration intellectuelle d’un projet. La conception mécanique est un processus de création de projet dans le cadre de la fabrication de produits. C’est en partant d’un cahier de charges fonctionnelles (CdCF) développé à partir d’une idée, d’une perception du marché ou encore d’une insatisfaction que la conception mécanique participe pleinement à l’élaboration d’un avant-projet (Figure I.1). La conception d’un système mécanique n’échappe pas à la valorisation des solutions et des éventuelles retro-conception ou une re-conception franche. La construction mécanique est l'ensemble des activités, méthodes et techniques liées à la conception de machines et mécanismes. Cette activité couvre le champ d’application de la théorie des machines et des mécanismes. Elle concerne, à partir d’un schéma de principe d’une solution proposée, les études géométriques, cinématique et dynamique et justifie l’acceptation ou le refus de la solution proposée. I-2- Historique Machines et mécanismes ont attiré l'attention depuis le début de l'ingénierie et ont été étudiés et conçus avec succès et avec des résultats spécifiques. L’historique commence depuis la création de l’Ecole Polytechnique de Paris en 1794 qui peut être considérée comme une date fondamentale pour la Théorie des Machines et Mécanismes (TMM) moderne. Figure 1.1. Actigramme de l’activité de conception d’un système mécanique La maturité de TMM a été constatée au moment de l'enseignement de TMM et a été reconnue comme fondamentale dans l'ingénierie des programmes académiques. Le début de l'âge d'or de TMM en l'an 1831, lorsque la discipline TMM a été considérée comme fondamentale également à la Sorbonne à Paris. Juste après, de nombreuses autres universités en Europe ont commencé des cours sur la TMM, qui ont été nommés Cinématiques (mot inventé par Ampère à (1834)) à titre de cours fondamentaux. En effet, c’est à cette époque que l’on est passé de la force motrice provenant de l’homme et de l’animal à celle créée par la machine à vapeur. L’Evolution continue et la réussite de la TMM au cours de la révolution de la conception des mécanismes industriels dominée par la mécanique, a permis de la reconnaitre comme une discipline fondamentale d’ingénierie également au XXème siècle. Une autre période importante dans les années 1960 a vu évoluer la TMM qui a pris, en 1990, le caractère d'un génie, nommé Science des Machines et Mécanismes (MMS). L'importance de MMS (TMM) dans la technologie moderne est également indiquée par l'enseignement de TMM en génie mécanique et dans le monde entier. La communauté internationale a pris l’initiative de créer en 1969 la Fédération Internationale des TMM, qui a été rebaptisé la Fédération internationale pour la promotion de MMS en 2000 (IFToMM). I-3- Analyse et Synthèse L'étude des systèmes mécaniques peut être considérée à partir des deux points de vue différents, généralement identifiés comme analyse et synthèse des systèmes mécaniques. La théorie des machines et des mécanismes peut être définie comme une branche des sciences de l'ingénierie qui traitent l'étude du mouvement relatif entre les différentes pièces d'une machine et des forces qui agissent sur elles. En effet, c’est la science qui étudie la structure, la cinématique et la dynamique des mécanismes en liaison avec leur analyse et leur synthèse, en en vue de les comprendre, de les améliorer ou de les concevoir. I-3-1- Synthèse des systèmes mécaniques Le concept incorporé dans le mot "conception" peut être plus proprement appelé « synthèse » ; c’est une façon de créer une méthode de travail pour atteindre un objectif donné. La conception consiste à prescrire la taille, la forme, la composition des matériaux et la disposition des pièces d’un mécanisme afin qu’il exécute la tâche prescrite. En effet, la synthèse des mécanismes est consacrée à l’établissement des projets/avant projet de mécanismes ayant des caractéristiques structurales, cinématiques et dynamiques susceptibles de produire des mouvements donnés. Il s’agit dans ce contexte de matérialiser une loi entrée sortie permettant l’exécution de la tâche prescrite. Lors de la synthèse, il existe de nombreuses phases qui peuvent être abordées de manière bien ordonnée et scientifique. Ils peuvent faire appel à l'imagination, à l'intuition, à la créativité et à l'expérience. La synthèse cinématique est le problème inverse de la l'analyse cinématique. Il s’agit de déterminer les mécanismes devant remplir certains mouvements spécifiques. I-3-2- Analyse des systèmes mécaniques Les concepteurs ont besoin d’outils mathématiques et scientifiques pour évaluer les différentes possibilités d’interaction dans un mécanisme. Ces outils peuvent fournir des informations plus précises et plus fiables à utiliser, pour juger une conception, que celles obtenues par intuition ou estimation. L’utilisation de ces outils mathématiques peut être appelée « analyse ». Ce sont les techniques qui permettent au concepteur d’examiner de manière critique une conception déjà existante ou proposée afin de juger de son adéquation à la tâche à exécuter. Ainsi, l'analyse en soi n'est pas une science créative, mais une évaluation et une évaluation des choses déjà conçues. En effet, l’analyse des mécanismes est consacrée à l’étude des caractéristiques structurales, cinématiques et dynamiques des mécanismes. Il s’agit d’établir la loi entrée sortie (statique et/ou cinématique) et de vérifier le montage et fonctionnement d’un système mécaniques. L'analyse cinématique est la détermination du mouvement inhérent à un mécanisme donné. En d’autres termes, l’analyse des mécanismes permet de prouver qu'un mécanisme, défini comme un ensemble de solides assemblés entre eux, fonctionne correctement. I-4- Objectifs La théorie des machines et des mécanismes consiste à donner aux techniciens et ingénieurs un outil de travail efficace. La synthèse et l'analyse sont deux étapes inverses mais indispensables du processus de conception (figure I.2). La théorie des mécanismes a pour buts:  dans un contexte d’analyse, d’examiner la structure d'un mécanisme, afin :  d'émettre un avis sur la pertinence des solutions adoptées pour remplir la fonction mécanique souhaitée ;  de vérifier l’aptitude d’un mécanisme existant à réaliser la loi entrée/sortie recherchée, et de mettre en évidence les conditions géométriques dont dépend éventuellement le bon fonctionnement du mécanisme.  dans un contexte de synthèse, de procéder à la conception et de rechercher des dispositions constructives qui réalisent la loi entrée/sortie souhaitée d’une part, et pour lesquelles on est certain de pouvoir calculer les actions mécaniques internes en vue du dimensionnement, des organes mécaniques d’autre part.  Nous devons toujours garder à l’esprit que l’on doit consacrer autant d’effort à l’analyse qu’à la synthèse. Bien que l'analyse est simplement un outil, il demeure un outil essentiel et sera inévitablement utilisé comme une étape du processus de conception. I-5- Ingénieurs et formation exigeante Une grande partie des connaissances d’ingénieurs enveloppe des formations exigeantes autour desquelles se constitue le profil d’ingénieurs. Durant sa formation, l’ingénieur apprend à analyser des systèmes de différents types, mécaniques, électriques, thermiques ou fluides. L'analyse nécessite une compréhension approfondie des techniques mathématiques et physiques appropriées pour aborder la fonction du système. En pratique, l’ingénieur de conception, quelle que soit sa discipline, est constamment confronté au défi de structurer le problème non structuré. Ainsi, la première étape de tout exercice de conception est celle de la synthèse, ce qui signifie concevoir. Inévitablement, le problème posé à l’ingénieur est souvent mal défini et/ou incomplet. Dans une première étape l’ingénieur propose de nombreuses excellentes solutions techniques qui pourront résoudre le problème. Dans une deuxième étape, suite à l’analyse de la situation, plusieurs solutions seront rejetées parce qu’elles ne satisfassent pas certains critères ou résolvent un problème différent de celui du client. Plusieurs techniques d'analyse sophistiquées permettent d’examiner les performances de la conception dans la phase d'analyse du processus de conception. Plusieurs itérations pourraient être nécessaires à mesure que des problèmes seront découverts lors de l'analyse. La répétition du plus grand nombre possible d'étapes antérieures du processus de conception doit être effectuée pour assurer le succès de la conception. II- Schématisation d’un système mécanique II-1- La schématisation mécanique C’est une uploads/Ingenierie_Lourd/ asm-chap1-asm-v01-etudiants.pdf