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COURS Conception système mécanique 1 Master Construction Mécanique Semestre : 2

COURS Conception système mécanique 1 Master Construction Mécanique Semestre : 2 Mode d’évaluation : Examen : 60 %. Contrôle continue : 40%. Unité d’enseignement : UEF 1.2.2 Matière : Conception système mécanique. VHS: 22h30 (cours : 1h30). Crédits : 4. Coefficient : 2 Chapitre 1. Généralités sur l’analyse fonctionnelle : (1 Semaine) 1. Introduction : Les machines mécaniques sont conçues et mises en œuvre pour accomplir des tâches diverses et variées (assemblage, emboutissage, usinage, etc.) dans un processus industriel. La phase de conception de ces machines est pluridisciplinaire. Elle comprend principalement les étapes suivantes : 1. Identification du problème 2. Proposition d’une idée d’un mécanisme approprié 3. Analyse cinématique, ou examen des mouvements du mécanisme d’un point de vue purement géométrique. 4. Analyse statique : Calcul statique des efforts qui entrent en jeu lors de l’exécution de la tache. 5. Choix des la morphologie et des matériaux des composants et vérification de leurs comportement mécanique (dimensionnement). 6. Analyse dynamique : la détermination des efforts d’inerties peuvent nous amènent parfois à reconsidérer les choix faits durant la conception. 2. Analyse et synthèse des mécanismes : Parmi les étapes clés du processus de conception mécanique on distingue : la synthèse et l’analyse des systèmes mécaniques. Durant la phase de synthèse, il s’agit de trouver une solution mécanique qui répond au mieux au cahier des charges décrivant le produit à concevoir. C’est durant cette étape que le groupe de conception fait appel à son savoir faire, son intuition et son ingéniosité. COURS Conception système mécanique 2 La phase d’analyse permet au concepteur d’examiner le mécanisme proposé durant la phase de synthèse, en vue d’évaluer ses performances par rapport aux objectifs visés. Une grande partie de ce cours va porter sur l’analyse mais il ne faut pas perdre de vue l’importance de la phase de synthèse. 3. La science de la mécanique La mécanique est une branche de l’analyse scientifique qui s’occupe du mouvement, temps et forces. L’étude du comportement des systèmes mécaniques se compose de deux parties : Etude Statique et Etude Dynamique. La statique est l’analyse des systèmes au repos alors que la dynamique étudie les systèmes en mouvement dans le temps. La dynamique peut être divisée en deux branches : cinématique et cinétique. La cinématique est l’étude des mouvements (déplacement, vitesse, accélération) d’un système sans faire intervenir les forces qui induisent ces mouvements. Cette subdivision est basée sur l’hypothèse des corps rigides. En effet, pour un corps déformable la dissociation des forces des mouvements induits est impossible. Dans ce cas l’étude des forces et des déplacements doit se faire simultanément (vibration, RdM, Mécanique des fluides…) Par conséquent, l’hypothèse du corps rigide n’est pas retenue dans les deux cas suivants : •Le mécanisme contient des éléments déformables (élastiques) •Le système est un mécanisme de précision opérant à de très grandes vitesses, car les déformations même faibles ne peuvent plus être négligées. COURS Conception système mécanique 3 Chapitre2. Fonctions : (1 Semaine) Une machine : est une combinaison de corps à l’aide desquels les forces mécaniques de la nature sont utilisées à faire du travail accompagné par un mouvement déterminé. Exemples de machines : moteur, pompe, etc. Un mécanisme : est un assemblage de corps, liés par des liaisons, pour former une chaîne cinématique avec un élément fixe, et qui a pour rôle la transformation du mouvement. Exemples de mécanismes : systèmes bielle manivelle, mécanisme à came, etc. Chaîne cinématique : Une chaîne cinématique est une collection de plusieurs corps liés entre eux par des liaisons. Elément fixe ou bâti : toutes les pièces fixes forment un système rigide et immobile appelé bâti. En réalité le bâti et la pièce de référence du mouvement de ce fait elle peut ne pas être fixe dans le mouvement réel. Un mécanisme est une chaîne cinématique dont un élément est considéré comme bâti. Liaison / couple cinématique : est un assemblage de deux éléments se trouvant en contact permanent est susceptibles d’un mouvement relatif. Mécanismes plans : Un mécanisme est dit plan si toutes les trajectoires des points des éléments mobiles restent dans des plans parallèles au cours du mouvement. Mécanismes sphériques : Un mécanisme est dit sphérique si chaque élément mobile du mécanisme possède un point fixe lors du mouvement du système et que tous ces points sont coïncidents. Mécanismes spatiaux : Les mécanismes spatiaux n’ont aucune restriction sur les mouvements des éléments les constituants 2.1 Fonctions mécaniques Les systèmes techniques ont plusieurs composantes. Chaque composante dans un système joue un rôle important dans la fonction globale du système. Chaque composante est appelé fonction mécanique. Composantes: les parties dans un objet technique qui ont chacune une fonction mécanique. Organe : un élément d’un système ayant une fonction précise. 2.2 Fonction mécanique élémentaire: Il y a deux types de fonctions mécaniques qu’on étudiera: ➢Les liaisons COURS Conception système mécanique 4 ➢Le guidage a) Fonction de liaison: Elle est assurée par un organe d’assemblage qui relie deux parties ou plus dans un objet technique. Caractéristiques des liaisons Une liaison a 4 caractéristiques: 1) Directe ou indirecte 2) Rigide ou élastique 3) Démontable ou indémontable 4) Complète ou partielle b) Fonction de guidage: Une ou plusieurs composantes d’un objet technique qui contrôle le mouvement d’au moins une partie de l’objet. ○ Une ou plusieurs pièces permettent à un élément de se déplacer d’une certaine façon. ○ Le guidage décide si le mouvement est une rotation ou un rectiligne. ROTATION : Comporte souvent une pièce cylindre. TRANSLATION : Comporte souvent une pièce en forme de prisme rectangulaire. 2.3 Degrés de libertés La liaison entre deux solides se traduit donc par une relation de contact qui autorise quelques uns des six mouvements possibles pour un solide libre dans l’espace Les six degrés de libertés possibles entre deux solides (il ne peut y en avoir plus) sont trois rotations autour des axes perpendiculaires (X, Y et Z) et trois translations suivants ces mêmes direct. 2.4 Degrés de liaisons Une liaison élémentaire entre deux solides S1 et S2 est obtenue à partir du contact d'une surface géométrique élémentaire liée à S1 sur une surface géométrique élémentaire liée à S2. Les surfaces géométriques élémentaires sont le plan, le cylindre et la sphère. Rappel de la norme ISO 3952 : COURS Conception système mécanique 5 COURS Conception système mécanique 6 Exercice 1 : LIAISONS ÉLÉMENTAIRES. Compléter le tableau ci-dessous. Pour la géométrie du contact, indiquer soit contact ponctuel, soit contact linéique rectiligne (ligne droite) ou linéique annulaire (suivant un cercle), soit contact surfacique plan ou cylindrique ou sphérique. Pour les schémas, représenter en 2 couleurs les symboles normalisés COURS Conception système mécanique 7 Chapitre3. Démarche de l’analyse fonctionnelle : (1 Semaine) 1. Graphe associé à un système mécanique Un système mécanique comportant « n » pièces et « l » liaisons peut être représenté par un graphe tel que : •A chaque pièce on affecte un sommet (vertex) •A chaque liaison on affecte un arc 1.1. Classe d’équivalence Une classe d'équivalence est un groupe de pièces n'ayant aucun mouvement relatif les unes par rapport aux autres pour une phase de fonctionnement donnée. Il est très important de savoir dans quelle phase on se situe. En effet, dans une phase de réglage, les mobilités du mécanisme sont plus nombreuses que lors d'une phase d'utilisation. Le nombre de classes d'équivalences sera donc plus élevé. La recherche des classes d'équivalence passe par la localisation de toutes les liaisons encastrement (liaisons complètes) réalisées à l'intérieur du mécanisme pour la phase de fonctionnement étudiée. 1.2. Traçage de graphe d’un mécanisme Dans un premier temps, il faut d’abord déterminer tous les couples de classes d'équivalence en contact et les liaisons qui existent entre ces classes. Dans l’exemple ci-dessous, les classes d’équivalences portent la même couleur (bleu, jaune, rouge et vert). COURS Conception système mécanique 8 2. Chaînes et schémas cinématiques d’un système mécanique 2.1. Types de chaînes cinématiques 2.1.1. Chaîne continue ouverte : C’est une chaîne contenant « n » pièces et « n-1 » liaisons. Chaque pièce possède deux liaisons sauf la première et la dernière qui n’en possèdent qu’une. 2.1.2. Chaîne continue fermée : C’est une chaîne contenant « n » pièces et « n » liaisons. Chaque pièce possède exactement deux liaisons. 2.1.3. Chaîne continue complexe : C’une chaîne formée de plusieurs chaînes continues fermées. Chaque pièce possède au moins deux liaisons. 2.2. Schéma cinématique d’un mécanisme COURS Conception système mécanique 9 Le mécanisme est une chaîne cinématique dans laquelle le mouvement donné d’un ou plusieurs éléments par rapport à l’élément fixe implique des mouvements définis de façon unique de tous les autres éléments. Le ou les éléments d’entrée sont auxquels sont conférés des mouvements à l’aide d’actionneurs (moteurs). Le ou les éléments de sortie sont ceux qui produisent les mouvements demandés. Pour étudier un mécanisme il ne suffit pas de connaître sa structure, c.à.d. le nombre d’éléments et le nombre des liaisons. On doit aussi connaître les dimensions des différents éléments qui ont une influence sur le mouvement et la nature des liaisons. Pour cette raison, uploads/Management/ cours-conception-systeme-mecanique.pdf