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Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 1/1

Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 1/19 EPREUVE DE CONCEPTION MECANIQUE (2H30) INSA 2éme année IC Juin 2010 Actionneur de commande du plan horizontal arrière réglable de l'Airbus A380 Les 5 parties sont indépendantes. N’oubliez pas de mettre votre nom sur les documents réponses. Sommaire et Barème indicatif : o Présentation o Partie 1 : Analyse de la solution architecturale (3.5pts) o Partie 2 : Etude de la chaine de puissance (4pts) o Partie 3 : Réducteurs (2.5pts) o Partie 4 : Vérification des durées de vie (4pts) o Partie 5 : Etude de plan (6pts) o Documents techniques o Documents réponses Département de STPI Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 6/19 I. Partie 1 : Analyse de la solution architecturale I.1. Nous allons tout d’abord étudier la cinématique globale de l’actionneur. I.1.1. La liaison cardan est expliquée sur les documents techniques DT1 et DT2. Sans calculs, donnez les degrés de liberté d’une telle liaison. Les liaisons cardans seront notées « cardans » sur le graphe de liaison, par contre elles seront représentées de manière normalisée sur le schéma cinématique en fonction de leurs degrés de liberté. I.1.2. Complétez le graphe de liaison et le schéma cinématique du document réponse DR1. (Les liaisons normalisées sont représentées sur le document technique DT3) I.2. Nous allons maintenant nous intéresser plus en détail au système de NoBack (détaillé sur le document technique DT1) I.2.1. Montrez que la liaison équivalente entre le carter et la vis est bien une pivot d’après le schéma architectural suivant : Figure 6 : Schéma architectural du système {NoBack/Carter + Vis} I.2.2. Cette liaison est-elle hyperstatique ? Commentez. I.2.3. Quel est le rôle de la précharge ? A B C z x En A : Butée 1 =1 appui plan Butée 2 = 1 appui plan Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 7/19 II. Partie 2 : Etude de la chaine de puissance II.1. Complétez, sur le document réponse DR2, la partie transmission de puissance de la chaine d’énergie à l’aide de schémas blocs. Vous indiquerez les grandeurs des flux entre les blocs et les caractéristiques des différents organes (on ne prendra pas en compte le système NoBack) Données :      = = = = 9 . 0 ; 35 : / 81 . 0 ; 240 1 : η η mm pas Ecrou Vis r Réducteur global global On cherche maintenant à déterminer la vitesse du moteur pour répondre au Cahier des Charges imposé par l'avionneur AIRBUS, dont voici un extrait : « Un débattement angulaire total du plan horizontal arrière de 12° en 38 secondes. La plage angulaire, pour un fonctionnement normal, varie entre -10° et +2°. Les butées aux extrémités de la vis sont distantes de 1130 mm. » II.2. Sachant que la course de l’écrou est 1100 mm (il ne touche pas les butées), calculer la vitesse nominale du moteur. II.3. Une simulation informatique nous a permis de déterminer la puissance mécanique à fournir à la vis à billes afin d'obtenir le couple maximal. Ce couple dépend de l'effort maximal appliqué sur l'écrou à billes du THSA, du système Noback et de la configuration du THSA au cours du vol. La puissance maximale à fournir à la vis à billes est égale à Pvis= 19588 W. II.3.1. Déterminez alors la puissance maximale que doit fournir le moteur Pm. II.3.2. Le tableau du document technique DT5 présente la variation de l'effort de portance Fz (en daN) en fonction de l'angle d'inclinaison du plan horizontal arrière (α) ainsi que l’effort transmis par l’écrou Fécrou. Vérifier qu’avec la vitesse requise, l’effort transmissible est bien suffisant. II.3.3. Choisissez le moteur adéquat dans le tableau suivant. Justifiez. Moteurs PARVEX TK 85-50-01 TK 106-45-01 DANAHER RBE 1210 DANAHER RBE 710 Nnom(tr/min) 15000 19000 9550 12000 14000 Cnom(Nm) 3,5 5,15 6,8 10 5 Cmax(Nm) 14 19,2 32 34 16 Tableau 1 : Caractéristiques moteurs Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 8/19 III. Partie 3 : Réducteurs III.1. Le constructeur a choisi un système à trois étages de réduction, représenté schématiquement sur la Figure 7. Pour rendre le système suffisamment optimal, nous nous imposons un diamètre de roue sur le moteur faible, pour éviter une trop grande inertie ; et une roue sur la vis la plus petite possible, également dans le but de réduire son inertie pour le système Noback. Figure 7 : Schéma cinématique du réducteur Recopiez sur votre copie et complétez le tableau suivant : Module Zia dia (mm) Zib dib (mm) Entraxe Rapport de réduction Engrenage 1 1 10 Engrenage 2 12 108 1/6 Engrenage 3 2 80 Total 168 1/240 Tableau 2 : Caractéristiques de la boite de réduction III.2. Proposez une autre solution technologique de réducteur pour diminuer l’encombrement total tout en gardant ce rapport de réduction très élevé. 1a 1b 2a 2b 3a 3b vis Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 9/19 IV. Partie 4 : Vérification des durées de vie Voici un extrait du Cahier des Charges concernant les durées de vie de l’A380: « L’avion doit être dimensionné pour voler 150000h de vol. • La butée du système NoBack est utilisée 30min par heure de vol ; • Les roulements du réducteur sont utilisés 150s par heure de vol. » Le premier arbre intermédiaire est celui qui tourne le plus vite. Il est donc primordial de vérifier la durée de vie des roulements qui le supportent. Les caractéristiques des deux roulements utilisés sont données dans le document technique DT7 Figure 8 : Schéma de l’arbre intermédiaire 1 IV.1. A partir du PFS, déterminez les charges radiales en A et B (suivant y) IV.2. A partir de vos résultats et des caractéristiques des roulements, choisissez le roulement en A et celui en B, proposer un schéma de montage des roulements qui détaille les blocages axiaux ainsi que les bagues montées serrées et celles laissées libres. IV.3. Quelles sont les bagues montées serrées, pourquoi ? IV.4. Vérifier que la durée de vie des roulements est bien supérieure à celle du Cahier des Charges. Ici, le constructeur juge qu’un coefficient de sécurité de 2 est suffisant. (Rappel : ωarbre int=125.66 rad/s, et le coefficient de sécurité s’applique directement sur la charge dimensionnante) A B G C D 50 10 10 30 9 F P t F Inventaire des actions extérieures : F=420N en C suivant y Ft= ?N effort transmis en D suivant -y P=50N poids en G suivant -z Liaisons en A et B Roulements utilisés (voir DT7): • A billes : SKF 63009-2RS1 • A rouleaux : SKF NUP 206ECP z x y Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 10/19 V. Partie 5 : Etude de plan Nous allons étudier le plan distribué avant l’examen (feuille A3) V.1. Expliquer en quelques phrases à quoi sert ce système et quel est son fonctionnement. V.2. Dessinez le schéma cinématique de l’ensemble du marteau perforateur lorsque 8 est en contact avec 7 (position représentée). L’ensemble {17, 18, 19, 21, 22, 23} ne formera qu’une seule classe d’équivalence. V.3. Le pignon 18 est en liaison hélicoïdale irréversible avec l’arbre 19. On peut venir régler le système {17, 18, 19, 22, 23} avec une manette et un engrènement du pignon 18 : • On bloque la rotation de sortie au niveau du porte outil 3 • On fait tourner le pignon 18. V.3.1. A quoi sert ce système, quel est son nom ? V.3.2. Comment s’appelle la pièce 17 ? V.3.3. Quelle est le numéro de la pièce représentée Vue G ? Quelles sont ses liaisons et avec quelles pièces ? V.3.4. Quelle est la liaison entre 19 et 22, comment est-elle réalisée ? V.4. Ce marteau perforateur peut fonctionner de trois manières différentes : • Perçage seul (adaptateur mandrin) • Perçage béton (forêt béton à queue plus longue et avec percussion) • Percussion seule (burin, non représenté) Comment s’appelle la pièce 8 ? Expliquez son rôle en détaillant les pièces intermédiaires. V.5. Nous allons nous intéresser maintenant à la réalisation de la fonction « frapper » V.5.1. Décrivez l’assemblage des pièces 39 et 40 : mise en position (surfaces de contact, degrés de liberté), maintien en position. V.5.2. Pourquoi y-a-t il de l’air entre les pièces 36 et 38, et quel est son rôle ? V.5.3. Effectuez le graphe de liaison de la chaine fermée {carter + arbre 33 + coulisseau 34 + piston 35}. Déterminez l’hyperstaticité de cet assemblage, commentez votre résultat. V.6. Bonus : Détaillez la séquence de montage du groupe formé par les pièces 24, 25, 26, 27, 29, 33, 34, 35, 39, 40 et 44. (Attention, les vis ne sont pas numérotées) Manette de réglage Figure 9 : Réglage Epreuve de Conception Mécanique, I2IC …, 2°A POIC, INSA Toulouse, Juin 2010 2/19 Présentation L'évolution croissante du trafic aérien impose de disposer d'avions d'une part de uploads/Ingenierie_Lourd/ exam-2010-presentation.pdf