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Etude et conception d’une maquette didactique d’un moteur thermique monocylindr

Etude et conception d’une maquette didactique d’un moteur thermique monocylindre à 4 temps Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse République Tunisienne Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Sousse DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE RAPPORT DE STAGE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du diplôme de Licence Appliquée en : Génie Mécanique Conception et Fabrication Elaboré par : Oussema GAMAOUN Encadré par : Adel GASSAB Institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Sousse (ISSAT Sousse) Année Universitaire : 2021/2022 Code Sujet : L‐PROD22‐022 Dédicace Je dédie ce travail à mes très chers parents, ce travail est le fruit de vos encouragements de vos prières pour moi. Rien au monde ne vaut vos efforts fournis jour et nuit et vos sacrifies afin de créer le climat affectueux et propice à la poursuite de mes études. Merci d’être toujours auprès de moi et merci pour votre aide matérielle et morale. Je vous dédie ce travail en témoignage de mon profond amour et ma grande reconnaissance. Puisse dieu, le tout puissant, vous préserver et vous accorder santé, longue vie et bonheur et J’espère que vous étés fiers de moi et que dieu me donne la force et le pouvoir pour vous rendre le moindre de vos biens. Remerciements J’ai l’honneur et le grand plaisir d’exprimer mes sincères sentiments de reconnaissance à tous ceux qui m’ont permis par leur accueil, leur soutien et leurs conseils d’effectuer ce stage de fin d’études dans de bonnes et confortables conditions. Je remercie mon encadrant à l’ISSAT Sousse Mr Adel GASSAB qui m’a assuré mon orientation pendant ce projet. Mes pensées vont aussi à tous les enseignants de l’ISSAT Sousse pour leur collaboration et leur aide. Mon grand respect s’adresse à tous les membres de jury qui m’ont fait l’honneur de juger mon travail. Veuillez trouver ici l’expression de mes estimes et mon profond respect. Table des matières Introduction…………………………………………………………………………………. 1 I. Présentation de l’organisme d’accueil…………………………………………………….. 2 I.1. Présentation de l’ISSAT Sousse :.…………………………...………………………. 3 I.2.: Historique : …………………………………………………………………………..3 I.3.: Les différents départements de l’établissement …………………………………….. 3 I.4. Conclusion :………………………………………………………………………….. 3 II. Etude fonctionnelle du système :………………………….…………………..…………..4 II.1. Analyse de besoin :…………………………………………………………………..5 II.2. Analyse fonctionnelle :………………………………………...…….……………… 6 II.3. Diagramme FAST :……………………..……………………….….………………..7 II.4. Analyse fonctionnelle descendante SADT :…………………………...……………. 8 I.4.1. Niveau A-0 :………………………………………………………...….……….. 8 I.4.2. Niveau A0 :…………………………………..……………………...….………..8 II.5. Cahier des charges fonctionnel :………………………...……………….…………..8 II.5.1. Hiérarchisation des fonctions de service :………………………………………9 II.5.2. Etablissement de l’histogramme :…………………………………..………….. 10 II.6. Conclusion :………………………...……..………………………………………… 10 III. Etude de technologie des moteur thermiques :…………………………………………...11 III.1. Contexte historique :………………………………………………………………...12 III.2. Architecture d’un moteur thermique monocylindre :……………………………….12 III.3. Classification des moteurs thermiques :………………………………………….....13 III.4. Le principe de fonctionnement d’un moteur à 4 temps :……………………………14 III.5. Les éléments constitutifs d’un moteur monocylindre à 4 temps :…………………..14 III.5.1. Les organes mobiles :…………………………………..……………………... 14 III.5.1.1. Le piston :……………………….………..……………………................ 14 III.5.1.2. La bielle :…………………….……………..……………………............. 16 III.5.1.3. Le vilebrequin :…………………………………..…………………….....17 III.5.1.4. Le système de distribution :…………………………………..…………..17 a) L’arbre à cames…………………………………………………………………18 b) Les soupapes……………………………………………………………………18 c) Les différents types de distribution……………………………………………..19 d) Les différents modes d’entrainement de l’arbre à cames……………………….20 III.5.2. Les organes fixes :…………………………………..……………………........ 20 III.5.2.1. Le bloc moteur :……………………….………..…………………….......20 III.5.2.2. La culasse :……………………….………..……………………...............21 III.5. Conclusion, objectifs et orientation du projet :…………………………………….. 22 23 IV. Dossier de conception du moteur thermique :…………………………………………… IV.1. Prédimensionnement du piston :…………………………………………………… 24 IV.2. Prédimensionnement de la bielle :…………………………………………………. 25 IV.3. Prédimensionnement du vilebrequin :………………………………………………26 IV.4. Prédimensionnement de l’engrenage d’entraînement……………………………… 27 IV.5. Prédimensionnement de l’axe de piston…………………………………………….28 IV.6. Prédimensionnement du système de distribution…………………………………... 29 IV.6.1. Prédimensionnement du tige culbuteur :…………………………………..….. 30 IV.6.2. Prédimensionnement du culbuteur :…………………………………..………. 30 IV.6.3. Prédimensionnement de l’axe de culbuteur :…………………………………..31 IV.6.4. Prédimensionnement de l’arbre à cames :…………………………………….. 31 IV.6.5. Prédimensionnement des soupapes :………………………………………….. 33 IV.6. Conclusion :…………………………………………………………………………33 V. Dimensionnement et étude des contraintes :……………………………………………... 34 V.1. Dimensionnement du piston :………………………………………………………..35 IV.1.1. Vérification du diamètre de la tête de piston :……………………………..…..35 IV.1.2. Vérification de la contrainte radiale et circonférentielle :…………………….. 36 IV.1.3. Vérification de la flèche maximale de la tête du piston:……………………… 38 V.2. Dimensionnement de l’axe de piston :……………………………………………… 39 IV.2.1. Vérification de la contrainte normale maximale de flexion :…………………. 39 IV.2.2. IV.2.1. Vérification de la contrainte normale maximale de flexion :………….40 V.3. Dimensionnement de la bielle :……………………………………………………... 42 IV.3.1. Vérification du flambement statique :………………………………………… 42 IV.3.2. Vérification du flambement dynamique :……………………………………...44 V.4. Dimensionnement du vilebrequin :………………………………………………... 46 V.5. Conclusion :………………………………………………... 48 VI. Approche pédagogique de la maquette 3D :…………………………………………….. 48 VI.1. TP N°1 : Architecture du moteur thermique :………………………………………49 VI.2. Etude du système bielle manivelle :………………………………………………...50 VI.3. Etude du système de distribution :…………………………………………………. 51 VI.4. Etude de calage :…………………………………………………………………… 52 Conclusion générale et perspectives………………………………………………………….53 Bibliographie Annexes Liste des figures Figure II.1: Enoncé du besoin d’une maquette didactique d’un moteur thermique 5 Figure II.2 : Graphe d’interaction et les fonctions de service du moteur didactique 6 Figure II.3 : Diagramme FAST du moteur didactique 7 Figure II.4 : Fonction globale A-0 8 Figure II.5 : Fonction globale A0 8 Figure II.6 : Histogramme des fonctions de service 10 Figure III.1 : Architecture d’un moteur thermique 12 Figure III.2 : Le principe de fonctionnement d’un moteur à 4 temps 14 Figure III.3 : Constitution d’un piston 15 Figure III.4 : Les différents types de segments 16 Figure III.5 : Les différents éléments d’une bielle 16 Figure III.6 : Les différents éléments d’un vilebrequin 17 Figure III.7 : Arbre à cames d’un moteur monocylindre 18 Figure III.8 : Eléments d’une soupape. 18 Figure III.9 : Les différents types de distribution 19 Figure III.10 : Les différents modes d’entrainement 20 Figure III.11 : Bloc moteur monocylindre 21 Figure III.12 : Les éléments d’une culasse 22 Figure VI.1 : (a) Morphologie du piston conçu (b) Paramètres du piston modèle C 24 Figure VI.2 : (a) Morphologie de la bielle conçue (b) Paramètres de la bielle 25 Figure VI.3 : (a) Morphologie du vilebrequin (b) Paramètres du vilebrequin 26 Figure VI.4 : (a) Conception de la roue du vilebrequin (b) Conception de la roue de l’arbre à cames 27 Figure VI.5 : Les différents types de montage de l’axe de piston 28 Figure VI.6 : Prédimensionnement de l’axe de piston 28 Figure VI.7 : Identification des paramètres d’un système de distribution par tige et culbuteur 29 Figure VI.8 : Conception de la tige culbuteur sur SolidWorks 30 Figure VI.9 : Conception du culbuteur sur SolidWorks 30 Figure VI.10 : Conception de l’axe de culbuteur sur SolidWorks 31 Figure VI.11 : (a) Positionnements des cames (b) Forme d’une came 31 Figure VI.12 : (a) Positionnements des cames (b) Forme d’une came 32 Figure VI.13 : (a) Morphologie de l’arbre à cames 33 Figure VI.14 : Paramètres de prédimensionnement de la soupape 33 Figure V.1 : Moment fléchissant d'une poutre bi-encastrée 36 Figure V.2 : Répartition des forces sur l’axe de piston 39 Figure V.3 : Ovalisation de la section de l'axe du piston 40 Figure V.4 : (a) Bossage souple (b) Bossage rigide 41 Figure V.5 : (a) Flambage transversal (b) Flambage longitudinal 42 Figure V.6 : Schématisation des efforts dans la 1ère position critique 46 Liste des tableaux Tableau II.1: Cahier des charges fonctionnel 9 Tableau II.2 : Tableau de tri croisé 4 Tableau III.1 : Classification des moteurs thermiques 13 Tableau III.2 : Fonction des éléments d’une soupape 18 Tableau IV.1 : Détermination des dimensions du piston 24 Tableau IV.2 : Détermination des dimensions de la bielle. 25 Tableau IV.3 : Détermination des dimensions du vilebrequin 26 Tableau IV.4 : Détermination des dimensions des pignons 27 Tableau IV.5 : Détermination des dimensions des pignons. 28 Tableau IV.6 : Paramètres de prédimensionnement du système de distribution 29 Tableau IV.7 : Paramètres de prédimensionnement du système de distribution. 32 Tableau IV.8 : Paramètres de prédimensionnement de la soupape 33 Tableau V.1 : Paramètres et recommandation pour le diamètre du piston. 35 Tableau V.2 : Tableau récapitulatif des applications numériques 44 Tableau V.3 : Les contraintes appliquées sur les différentes zones du vilebrequin 47 Tableau V.4 : Tableau récapitulatif des applications numériques 47 Tableau V.5 : Tableau de comparaison des contraintes 47 Cahier des Charges Sujet : Etude et conception d’une maquette didactique d’moteur thermique monocylindre à 4 temps Organisme d’accueil : Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse (ISSAT Sousse). Etudiant : Oussema GAMAOUN Encadré par : Mr. Adel GASSAB Période : 3 Mois (du 15 Mars au 15 Juin 2022). Travaux demandés : Etude fonctionnelle du moteur thermique Etude bibliographique sur le moteur thermique monocylindre à 4 temps. Conception 2D et 3D d’un mécanisme simplifié du moteur thermique à 4 temps. Etude et dimensionnement de quelques organes du moteur. Simulation du mécanisme. Introduction générale Introduction générale L’objectif de ce travail est d’étudier et concevoir un système mécanique simplifié d’un moteur thermique monocylindre à 4 temps. Ce système est une maquette didactique 3D qui sera utilisée comme support d’enseignements au sein de l’ISSAT Sousse. La conception de ce système nécessite des compétences en mécatronique (mécanique, électronique et informatique). Le moteur comprend des organes fixes et des organes mobiles. Le système de distribution du moteur est un système par tige uploads/Ingenierie_Lourd/ etude-et-conception-d-x27-une-maquette-d-x27-un-moteur-thermique.pdf