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Ingénierie mécanique Transmission de puissance Tome 1. Bases de la construction

Ingénierie mécanique Transmission de puissance Tome 1. Bases de la construction et écoconception 4e ÉDITION Francis Esnault Agrégé de Mécanique et diplômé du CNAM. Il a d’abord enseigné en STS et en CPGE avant de dispenser ses cours à l’ECAM Rennes. David Coquard Diplômé de l’ENS Cachan, il est agrégé en sciences de l’ingénieur, spécialité ingénierie mécanique. Il enseigne en CPGE et à l’ECAM Rennes. © Dunod, 2017 11 rue Paul-Bert, 92240 Malakoff ISBN : 978-2-10-076269-9 www.dunod.com Illustration de couverture : SafakOguz/istockphoto.com Ingénierie mécanique. Transmission de puissance Tome 2 : Applications : Transmission de puissance par engrenages - Ren- dement des transmissions -Embrayages - Limiteurs de couple - Boîtes de vitesses manuelles et automatiques - Réducteurs - Freins Tome 3 : Applications : Roues libres - Courroies - Chaînes - Variateurs de vitesse - Joints d’accouplement Particulièrement sensibilisé aux difficultés rencontrées dans la mise au point de systèmes méca- niques complexes, pour y avoir été confronté personnellement dans mon passé industriel au sein des services d’ingénierie du groupe Renault-Nissan, c’est avec un grand enthousiasme que je réagis à la parution de ces nouveaux ouvrages. Nul ne doutera en effet de l’importance que revêt l’apprentissage, puis la mobilisation des savoirs mécaniques, dans la résolution des problèmes réels, aussi bien dans les phases de conception avan- cée que dans celles d’industrialisation et de production. Il en va de la robustesse et de la fiabilité des composants et systèmes industriels. Les trois ouvrages de Francis Esnault sont une référence en la matière. Regroupant l’ensemble des fondamentaux et concepts de la discipline, ils sont aujourd’hui préconisés et largement utilisés dans l’enseignement supérieur, notamment dans de nombreuses écoles d’ingénieurs. Depuis sa création, l’ECAM-Rennes a formé à la mécanique l’ensemble de ses promotions d’ingénieurs sur ces bases documentaires. Le monde change : pc portable, smartphones et tablettes sont devenus les outils privilégiés de la génération actuelle. Des pédagogies innovantes, basées sur les concepts du numérique, doivent être inventées pour prendre en compte les besoins croissants d’interactivité de nos étudiants. Afin de répondre à cet objectif, le présent ouvrage, écrit en collaboration avec David Coquard, a été édité dans une version électronique permettant aux lecteurs de disposer en ligne, sur le site dunod.com, de fichiers numériques. Les étudiants, ainsi que les professionnels, y trouveront, outre la présentation des concepts fondamentaux, une nouvelle orientation très nette vers le concret grâce à la présence de nombreuses animations cinématiques 3D illustrant le fonctionnement des principaux mécanismes. Cet ouvrage participera ainsi à une meilleure assimilation des connaissances théoriques nécessaires à la compréhension des systèmes mécaniques. Les étudiants y trouveront, avec l’essentiel de leur programme, des éléments de modernité leur garantissant une formation véritablement efficace. Je remercie les auteurs, mes collègues à l’ECAM-Rennes, de m’avoir donné l’occasion, par ces quelques mots, de leur rendre hommage pour le caractère novateur de leur démarche pédagogique. Jean-Marie Malhaire Chef du département Génie Industriel et Mécanique, ECAM-Rennes Préface Les trois ouvrages de Francis Esnault s’inscrivent dans une collection dédiée à l’ingénierie méca- nique. L’ensemble fait appel à un large éventail de connaissances : technologie des constructions, mécanique du solide (statique, cinématique), résistance des matériaux, étude des fluides destinés à la lubrification, éco-conception, etc. Ces connaissances sont utilisées ici dans le but de faire acquérir aux étudiants une méthode d’approche logique et actuelle de la conception mécanique. Ce premier tome, coécrit avec David Coquard, constitue un incontournable préambule aux deux autres qui ont pour vocation l’étude des mécanismes intervenant dans une chaîne de transmission de puissance. En effet, le présent ouvrage aborde les concepts de base nécessaires qui président à la réalisation de tout système. La modélisation des mécanismes est présentée de manière innovante dans la version numérique. Les images 2D et 3D (pdf disponibles gratuitement dans les plus en ligne, sur le site dunod.com) per- mettent en effet une interactivité étudiant/image. L’étudiant peut ainsi zoomer, démonter virtuelle- ment un mécanisme, en isoler un élément, etc. Cette possibilité offerte aux novices en la matière revêt un caractère pédagogique indéniable. Suit l’analyse des dispositions constructives relatives aux liaisons, à la lubrification et à l’étanchéité, aux engrenages et aux dispositifs de transformation de mouvement. Enfin, un chapitre entier est consacré à l’écoconception des pièces mécaniques telle qu’elle est actuellement pratiquée dans l’industrie. Les futurs ingénieurs et techniciens supérieurs ne peuvent en effet aujourd’hui s’affranchir de cette nouvelle approche tant elle transforme significati- vement les projets dans les bureaux d’étude. Chacun des chapitres de ce premier tome est bâti sur le même plan général : – étude théorique (cours) ; – exercices et applications avec solutions ; – à savoir ; – exercices avec réponses. L’ensemble des notions abordées concerne en priorité les étudiants de l’enseignement supérieur débutant dans cette discipline (STS, IUT, écoles d’ingénieurs…). Les nombreux exercices qui sont proposés en fin de chapitres, accompagnés de corrigés, constituent une aide précieuse à l’apprentis- sage. Écrit par deux professeurs en poste en école d’ingénieurs, cet ouvrage est le résultat d’une longue pratique pédagogique dans un établissement sans cesse confronté à la réalité industrielle par le biais de divers projets. Les tomes 2 et 3, quant à eux, étudient chacun des mécanismes intervenant couramment pour trans- mettre une puissance entre un moteur et un récepteur. Avant-propos VI Ingénierie mécanique Ainsi, après avoir abordé les notions de rendement, le tome 2 traite : – des embrayages et des limiteurs de couple ; – des boîtes de vitesses (manuelles et automatiques) et des réducteurs ; – des freins. Dans le tome 3, la présentation des variateurs de vitesse précède celle des organes transversaux que constituent : – les roues libres ; – les courroies et les chaînes ; – les joints d’accouplement. L’ensemble de la collection s’adresse aussi aux enseignants préparant des concours (CAPET Sciences de l’ingénieur, Agrégation, PLP…). Les techniciens supérieurs et ingénieurs en charge de projets dans l’industrie y trouveront également une aide précieuse. Écrire des livres d’ingénierie mécanique qui ne soient pas des catalogues de recettes ou des recueils de normes est une entreprise redoutable. Nous pensons avoir ici évité ce piège à une étape charnière de l’histoire industrielle où le « tout CAO 3D » tend à faire disparaître progressivement le « 2D papier ». Des choix ont été faits, car il est impossible de tout traiter. Nous souhaitons qu’ils donnent, avec notre démarche, toute satisfaction aux utilisateurs des trois tomes de cette collection. Remerciements à Benjamin Sauvager, enseignant chercheur à l'ECAM, pour sa précieuse relecture et ses remarques pertinentes. Les auteurs PRÉFACE III AVANT-PROPOS V CHAPITRE 1 ● MODÉLISATION DES MÉCANISMES 1 1.1 Pourquoi modéliser les mécanismes ? 1 1.2 Contact entre solides 2 1.3 Les liaisons mécaniques 2 1.4 Marche à suivre pour la réalisation d’un schéma cinématique 6 1.5 Caractère isostatique ou hyperstatique d’une liaison 12 CHAPITRE 2 ● DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES POUR LES LIAISONS DE TYPE « ENCASTREMENT » 24 2.1 Introduction 24 2.2 Dispositions constructives 25 2.3 Dimensionnement du dispositif assurant la fonction obstacle 35 CHAPITRE 3 ● DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES POUR LES LIAISONS DE TYPE « PIVOT » SUR PALIERS LISSES 45 3.1 Introduction 45 3.2 Régimes de lubrification 45 3.3 Les coussinets massifs 50 3.4 Les coussinets minces 53 3.5 Dimensionnement des coussinets 56 CHAPITRE 4 ● DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES POUR LES LIAISONS : • DE TYPE « PIVOT » SUR PALIERS ROULANTS • DE TYPE « GLISSIÈRE » SUR PALIERS LISSES 63 4.1 Étude comparative (palier lisse/palier avec roulement) 63 4.2 Description d’un roulement 65 4.3 Différents types de roulements 65 4.4 Justification des règles de montage 66 4.5 Énoncé des règles de montage pour les roulements à billes rigides, à rouleaux cylindriques et à rotule 72 4.6 Énoncé des règles de montage pour les roulements à billes à contact oblique (à une rangée de billes), ou à rouleaux coniques 74 4.7 Énoncé de règles de montage pour les arbres longs 77 4.8 Montages particuliers 79 4.9 Dimensionnement des roulements 81 4.10 Les butées 96 4.11 Liaison glissière 98 CHAPITRE 5 ● LA LUBRIFICATION 108 5.1 Fluides newtonien et viscosités 108 5.2 Désignation normalisée d’une huile 111 5.3 Modification de la viscosité 112 5.4 Classification et provenance des lubrifiants 113 5.5 Fonction des lubrifiants 113 Table des matières 5.6 Les lubrifiants liquides 115 5.7 Les lubrifiants semi-liquides ou graisses 115 5.8 Les lubrifiants solides 116 5.9 Techniques de lubrification 116 5.10 Exemples de réalisations 121 CHAPITRE 6 ● ÉTANCHÉITÉ 126 6.1 Classification des solutions technologiques 126 6.2 Étanchéité statique (ES) 127 6.3 Étanchéité dynamique de rotation (EDR) 129 6.4 Étanchéité dynamique de translation (EDT) 134 6.5 Exemples de réalisations 140 CHAPITRE 7 ● MODIFICATION DE LA NATURE DU MOUVEMENT 146 7.1 Introduction 146 7.2 Inventaire des systèmes mécaniques classiques 149 7.3 Détermination graphique des grandeurs cinématiques 149 7.4 Système bielle/manivelle et dérivés 150 7.5 Les cames 161 7.6 Les excentriques 168 7.7 Le système vis/écrou 170 7.8 La croix de Malte 172 CHAPITRE 8 ● ÉTUDE CINÉMATIQUE DES ENGRENAGES 183 8.1 Le torseur cinématique, définition et propriétés 183 8.2 Mouvement plan sur plan 185 8.3 Profils conjugués 188 8.4 Axoïdes 193 CHAPITRE 9 ● uploads/Ingenierie_Lourd/ feuilletage 2 .pdf