Modèle numerique sous Catia

BRITO Manaor MENDEZ Luis QUINCHE Juan MEMOIRE DE PROJET PERSONNEL

Réalisation du modèle numérique de supports de travaux pratiques de Bureau d’étude (BE) et de Transmission de puissance (TMP) sous le logiciel CATIA

Année Universitaire 2013/2014

Tuteur INSA : TOURBIER Matthieu 1

Tableau de contenu Problématique

3

Contexte

4

Pompe Hydraulique radial

5

Pompe Hydraulique axial

11

Scie égoïne

14

Conclusions

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Bibliographie

22

2

Problématique En réponse à la procédure de la liste de cours à accomplir comme étudiant de ingénierie mécanique dans l’Institute nationale de sciences appliques de Rouen (INSA Rouen) , il est obligatoire faire un projet personnel au cours de l’année académique qui permet au étudiant apprendre et organiser les procédures et consignées d’un projet pour sa vie professionnelle. Due à une groupe compose d’étudiants étrangères qui n’avait pas fait les mêmes types de courses et donc n’avait pas les mêmes types de connaissances d’un étudiant INSA ancienne, le projet est dirigé vers le fait d’apprendre à utiliser un de grand outils de conception en ingénierie mécanique Catia. Le projet cherche à modéliser numériquement sous le logiciel Catia trois machines qui se trouve au sein de les laboratoires de l’INSA et aussi effectuer une simulation cinématique de leur fonctionnement pour chacun entre eux. Ce projet permettra d’acquérir expériences et savoirs fait d’un ingénieur mécanique dans un logiciel CAO et dans le cadre de procédure d’un projet de travail.

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Contexte La conception assisté par ordinateur a été un grand avance dans les sciences, par exemple dans la mécanique il a permet de concevoir des pièces, mécanismes et machines dans l’entourage informatique avec un temps mineur de réalisation, une facilite de création compare aux anciennes méthodes et finalement une représentation plutôt pareil au produit finale. Cette avantages ont permet de déplacer les anciennes méthodes de conception d’éléments de machines dessinées a la main pour laisser lieu pour une méthode plus efficace. La conception assiste par ordinateur n’avait pas seulement permet de concevoir pièces et assemblages dans un entourage 3D, mais aussi il avait permet de engendre diffèrent types de relations spatial pour simuler les liaisons basiques de la cinématique classique. C’est pour cela que le temps pour produire un prototype a diminué considérablement, parce que nous n’avons pas plus besoin de faire le prototype pour assurer les corrects emplacements et cinématique, mais nous pouvons plutôt faire un modèle numérique dans un logiciel et s’apercevoir des dimensions et mouvement d’un mécanisme donné. Les logiciels pour la conception assiste par ordinateur sont-ils plusieurs dans l’actualité, chacun avec ses propres avantages et désavantages, la plupart paie et utilise par les grands entreprises de l’industrie mais aussi quelques gratuits ou avec des versions académiques pour les étudiants de différents études se familiariser avec les logiciels utilisées dans le marché.

Un de plus connu est également ancienne est CATIA (Conception Assiste Tridimensionnelle Interactive Applique) qui fut développe dans les années soixante-dix par la compagnie Dassault Aviation pour envisager le Mirage Dassault avion de combat. Après dans les années quatre-vingts la compagnie a créé une filiale pour commercialiser et développer l’outil. Il a été conçue sous une plateforme C++, toutefois avec l’amélioration du chaque version du logiciel il compris des interfaces Visual Basic.

Cette logiciel permet de créer modèles numériques 3D à partir de formes géométriques et des opérations de surface et de volume ; aussi il permet l’assemblage d’un système et la simulation de liaisons cinématiques, de la même façon il a plusieurs outils crées et additionnées au cours des améliorations comme simulation par éléments finis, simulation de procès mécaniques, simulations de systèmes complexes, etc.

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Pompe hydraulique Les pompes hydrauliques sont des générateurs de débit, elles transforment l'énergie mécanique en énergie hydraulique ou hydrostatique, vers des récepteurs, vérin & moteur hydraulique. Une pompe ne crée pas de pression, mais un débit, c'est la résistance du récepteur, (moteur ou vérin) qui crée par son travail une montée en pression. A ce moment l'énergie oléo hydraulique se transforme à nouveau en énergie mécanique linéaire ou rotative. Pompes à pistons radiaux Les pompes à pistons radiaux sont des pompes volumétriques à débit constant, travaillant couramment à des pressions supérieures à plusieurs centaines de bars. Elles sont particulièrement utilisées et appréciées dans les applications hydrauliques (presses, lubrification…) mais peuvent également véhiculer d’autres fluides. L’arbre d’entraînement de la pompe entraîne directement une « étoile » centrale, usinée de telle sorte à comprendre radialement les cylindres de pistons. Les pistons sont ainsi placés et guidés radialement dans leur cylindre respectif. Ceux-ci sont également guidés, à l’aide de patins à effet hydrodynamique, sur une couronne extérieure excentrée par rapport à l’axe de la pompe. L’excentration de l’étoile et de la couronne extérieure engendrent un mouvement des pistons de la pompe, qui passent ainsi tour à tour par la phase d’aspiration, de compression et de refoulement. Le fluide est aspiré puis refoulé à haute pression à l’intérieur d’un axe percé axialement et permettant le raccordement de l’aspiration et du refoulement de pompe. Avantages de la pompe : – Utilisable à haute pression (jusqu’à 650 bars environ) – Pompe réversible – Pompe réglable et modulable – Refoulement sans pulsation – Pompe à faible niveau de bruit – Rendement élevé Applications : – Equipements hydrauliques courants – Presses et cisailles – Lubrification / alimentation – Grues

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Pompe hydraulique à axes radiaux Xantia Caractéristiques : Entrainement mécanique de la pompe

Courroie poly-v et poulie sur arbre à cames

Régime de rotation

1/2 fréquence de rotation du moteur

Nombre de pistons

6 pour la direction et 2 pour la suspension

Débit par tour

3,3 et 1,1 cm3

Diamètre des pistons

12mm

Cours utile

2,8mm

Cylindrée

1761cm3

Puissance maximale

90 DIN à 5500 tr/min

Couple maximale

14,7 dan.m à 2600 tr/min

Tableau 1 Caractéristiques de la pompe radiale

Description des parts :

Figure 1 plan, vue de cote

Figure 2 plan, vue coupe

Nomenclature : Reference Nombre Parts 1

1

Poulie

2

1

Corps

3

6

Clapet de refoulement

4

6

Ressort

5

6

Piston

6

6

Clapet

7

2

Clapet

8

6

Piston

9

2

Ressort

10

1

Clapet étoile

6

11

1

Clapet de décharge

12

1

Cloche

13

1

Vis

14

1

Arbre

Légende: A: Sortie " Suspension - freinage” B : Aspiration C : Sortie " Direction " D : Etage 6 pistons Débit 3,3 cm3 par

tour E : Etage 2 pistons Débit 1,1 cm3 par tour

Modélisation des pièces sous Catia : Les membres de la pompe ont été faits avec les différents composants de Catia du module de conception mécanique ; Les suivants figures sont exemples des pièces les plus importants sous le logiciel Catia.

Tableau 2 Reference des pièces pompe radial

Figure 1 Poulie

Figure 3 corps

Figure 2 axe décentrée

Figure 4 Carter derrière

Fonctionnement : La pompe est composée de 8 pistons identiques 5 et 8 répartis sur 2 étages. Les pistons sont disposés à la périphérie d'un arbre excentré qui est entraîné par la poulie 1 de ∅ 144,7 mm liée par courroie à une poulie d'entraînement de ∅ 130,2 mm fixée sur l'arbre à cames. 7

La pompe est équipée de 3 orifices pour :  L’aspiration du liquide LHM ;  La sortie de l'étage 6 pistons, alimentant le circuit " direction " ;  La sortie de l'étage 2 pistons, alimentant le circuit "suspension - freinage "

Figure 5 Vue coupe, Aspiration-Direction

Etage 6 pistons : " direction " Admission et remplissage : Une branche du clapet étoile 10 obture le circuit de refoulement. Dans son mouvement de retrait, assuré par le ressort 9, le piston 8 engendre une dépression et la bille 7 laisse passer le liquide LHM dans le cylindre. Compression et refoulement : La pression dans le cylindre devient supérieure à celle qui règne dans le circuit "utilisation". Une branche du clapet étoile 10 ouvre le circuit, la bille 7 est plaquée dans le fond du piston et le liquide LHM est refoulé vers la sortie. Les 6 orifices communiquent entre eux dans la cloche 12 et sont reliés à la sortie "direction". Régulation : En cas de surpression dans la cloche 12, le clapet de décharge 11 s'ouvre et renvoie le liquide LHM à l'aspiration (au travers de la vis 13 et de l'arbre 14). Etage 2 pistons : " suspension - freins "

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Figure 6 Vue coupe, Suspension-Aspiration

Admission et remplissage : Le clapet 3 obture le circuit de refoulement. Dans son mouvement de retrait, assuré par le ressort 4, le piston 5 (coté G) engendre une dépression et la bille 6 laisse passer le liquide LHM dans le cylindre. Compression et refoulement : La pression dans le cylindre devient supérieure à celle qui règne dans le circuit "utilisation". Le clapet 3 (cote F) ouvre le circuit, la bille 6 est plaquée dans le fond du piston et le liquide LHM est refoulé vers la sortie A. Les 2 orifices communiquent entre eux par un conduit du corps de la pompe et sont reliés à la sortie A " suspension - freinage ". La régulation de la pression dans ce circuit, est assurée par le conjoncteurdisjoncteur.

Assemblage et simulation sous Catia L’assemblage fut envisagé à partir du modèle réel de la machine en prenant en compte les pièces plus importantes, puis pour la simulation le système cinématique est simple. Il est constitué par l’axe, les pistons et le corps. Le corps et l’élément fixe dans lequel on va ajouter une liaison pivot entre celle-ci et l’axe de façon que le dernière puisse tourner sur son axe principal, après il est mis en place une liaison de point –courbe entre les pistons (la tête avec un point) et la surface du cylindre qui appartient à l’axe décentrée (une courbe sous cette surface doit être crée). Finalement une liaison cylindrique entre les vérins et la chambre de chacun dans les corps.

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Figure 7 Assemblage pompe radial

L’ensemble de liaisons cinématiques permet de simuler le mouvement réel de la pompe explique antérieurement, avec l’axe décentrée tournant sur lui-même, et en suscitant le mouvement linéaire du vérin à l’intérieur de ses chambres, d’une forme intercale.

Figure 8 Vue éclate

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La Pompe Hydraulique Axial Cinq Pistons Citroën BX Les pompes hydrauliques à pistons axiaux ou aussi pompe oléo hydraulique. Les pistons sont situés parallèlement ou inclinés par rapport à l'axe d'entraînement. Le cœur de la pompe est constitué d'un barillet de glaces de distribution et de pistons. Elle pénètre tous les secteurs : agriculture, industrie, sidérurgie, aéronautique, travaux publics, etc.

Figure 9 Schéma pompe hydraulique axial

Tableau 3 Composants pompe hydraulique

Avantages de la pompe : -Rapport poids / puissance -Régime de rotation élevée, grâce à la faible inertie des masses tournantes -Cylindrée élevée et le régime rapide permet de très grosse puissance -Pression plus de 6 000 psi (420 bars) -Excellent Le bon rapport qualité prix en fait une des pompes les plus courantes après les pompes à engrenages -Distribution par glace sans clapets, ce qui les rend auto amorçant -La technologie est souvent réversible en moteur -Cylindrée fixe ou variable Inconvénient des pompes à pistons  Sa précision et technologie glace barillet est plus fragile que les clapets, mais de nos jours les autres composants du circuit demandent aussi une huile de qualité correcte, et surtout une très bonne filtration. 

Pour mémoire une pompe à pistons est parfaitement équilibrée et ne produit presque pas de pollution (en comparaison d'une pompe a engrenages par exemple) 70 à 80 % des destructions des pompes ont pour origine la pollution de l'huile. 11

Caractéristiques: • Débit: 4cm3 par tour. • Diamètre des pistons:12 mm • Cours totale: 9.85 mm • Cours utile: 7.07 mm Applications et principe de fonctionnement Les pompes hydrauliques à pistons axiaux ou aussi pompe oléo hydraulique. Les pistons sont situés parallèlement ou inclinés par rapport à l'axe d'entraînement. Le cœur de la pompe est constitué d'un barillet, de glaces de distribution et de pistons. Elle pénètre tous les secteurs : agriculture, industrie, sidérurgie, aéronautique, travaux publics, etc. Principes À pistons bielle et axe brisé À pistons patin et axe en ligne A pistons radiaux. Admission: Premier Demi-tour • Le ressort rappel le piston qui crée une dépression dans la chemise. • Les orifices d’amission découverts, le liquide est aspiré dans le cylindre.

Figure 10 Schéma fonctionnement pompe hydraulique 1

Refoulement: Second Demi-Tour • La compression début lorsque les orifices d’amissions sont obturés. • Le liquide comprimé repousse le clapet et s’échappe vers le circuit.

Figure 11 Schéma fonctionnement pompe hydraulique 2

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Modélisation des pièces sous Catia

Figure 12 Bloc cylindrique 1

Figure 14 Arbre de pompe

Figure 13 Bloc cylindrique 2

Figure 15 Couvercle de pompe

Vue éclatée

Figure 16 Vue éclate de la pompe axial

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Scie égoïne Bosch Il est un machine électrique destinée au usage de coupure de bois, métal, plâtre entre d’autres matériaux. Il est constitué d’un corps de matière plastique dans lequel à l’intérieur se trouve un moteur électrique responsable de donner la puissance pour allumer la machine. Le moteur est connecte à un mécanisme qui transforme l’énergie de rotation du moteur en un mouvement rectiligne alternative ou un mouvement orbital de la lame pour couper.

Figure 17 Dessin représentative Scie Bosch

L’oscillation transversale de la lame est réglable grâce au bouton avec quatre positions, dans lesquels le change de l’amplitude du mouvement à partir de zéro déplacement transversale. Ce système permet de s’adapter mieux à la coupure des différents matériaux, de limiter son usure en évitant la coupure de matériaux au retour, et de favoriser l’évacuation des copeaux. Conception des pièces La machine se compose de plusieurs éléments chaque avec une tache spécifique et essentielle pour le fonctionnement de la machine ; cependant pour la réalisation de ce projet sont prise en compte seulement les éléments plus importants qui apporte de liaisons cinématiques pour simplifier la simulation numérique et pour simplifier les nombre des pièces à réaliser. La liste de pièces est la suivant : Engrenage Arbre dentée Hélicoïdale grand Hélicoïdale Croisillon Axe Bielle Manivelle Rotule Lame

Plaque contrepoids avec bras Bâti Support de lame

Couvercle métallique Plaque contrepoids Support de l’axe

Tableau 4 Liste de pièces scie égoïne

Chaque pièce fut conçue à partir de différents composants de conception de produit du Catia et quelques composants utilisés étaient :  Révolution  Extrusion  Poche  Trou  Multi section solide  Coque  Chanfrein  Répétition rectangulaire-circulaire 14

Figure 18 Engrenage Hélicoïdal

Figure 19 Bâti

En outre certain pièces constitues de plaque métalliques plies ont été créé dans le module Generative Sheet Metal Design (conception de lames métalliques) de Catia, parce que dans ce dernier et plus facile à dimensionner ce type de pièces et aditionallement s’il existe la nécessite des créer les plan de fabrication des pièces cette module permet de un-plier les pièces pour s’apercevoir de dimensionnes initiales nécessaires du plaque métallique

Figure 20 Plaque contrepoids avec bras

Figure 21 Croisillon

Mécanisme de déplacement de la lame de coupure : Il est le plus important sous-système de la machine parce qu’il permet accomplir la tâche pour la machine a été créé, Pour concevoir bien les éléments plus importants nous prenons en compte le fonctionnement réel de la machine, avec des supports graphiques pour faciliter l’assemblage et la déduction de liaisons cinématiques:

Figure 22 Photo du mécanisme principal 1

Figure 23 Photo du mécanisme principal 2

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Le schéma cinématique représente toutes les liaisons compris dans le mécanisme, en premier lieu il existe une liaison engrenage entre l’arbre dentée hélicoïdale et l’engrenage hélicoïdal, après une liaison pivot entre l’engrenage et la manivelle en même temps connecte à la bielle avec une liaison pivot perpendiculaire. La bielle est accroche avec le croisillon et cette dernière avec l’arbre avec une liaison pivot. L’arbre se déplace dans son support dû à une liaison cylindrique, le schéma prend la supposition que le support de arbre est encastre au bâti. L’arbre dentée et l’engrenage possède une liaison pivot chacun avec le bâti.

Figure 24 Schéma liaison cinématique 1

Figure 25 Schéma de liaison cinématique 2

Pour la simulation cinématique il est pris la même liaison que dans le schéma cinématique avec la liaison pivot de l’arbre dentée qui conduit le mécanisme.

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Contrepoids:

Figure 26 Modèle numérique mécanisme principal 1

Figure 27 Modèle numérique mécanisme principal 2

Comme le système antérieur produise de changements de direction et magnitude des vecteurs forces, les vibrations dans la machine sont inévitables, néanmoins une mesure de précaution amorti cette effet et réduit les vibrations aléatoires. Le sous-système compris deux plaques métalliques accroches à l’engrenage hélicoïdal plus grand et il effectue un mouvement vertical au cours de la rotation de l’engrenage.

Figure 28 Photo mécanisme de contrepoids 1

Figure 29 Photo mécanisme de contrepoids 2

Les liaisons mécaniques sont moins nombreux mais plus complexes parce qu’il y a une liaison de contact glissant entre l’engrenage et les deux plaques métalliques, aussi il existe cette même liaison entre l’engrenage hélicoïdal petit et les plaques pour réduire les dégrées de libertés restantes et garantir le déplacement verticales de plaques.

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Figure 30 Schéma cinématique contrepoids

Tableau 6 Éléments mécanisme contrepoids

Pour la simulation cinématique à cause de glissement la solution le plus simple pour accomplir le mouvement réel, il est de déplacer le centre du cercle hors d’axe de l’engrenage dans la ligne d’axe central de l’ovale de la plaque et avec la même procédure pour le centre de l’engrenage petit avec l’axe central de l’autre ovale de la plaque.

Figure 31 Modèle numérique mécanisme contrepoids

Bras du dégrée de liberté: Un plaque qui tourne autour d’un point fixe dans le bâti et qui se déplace grâce à l’engrenage grand, il contrôle le mouvement dans l’autre plan de la lame de la scie, puis qu’il pousse sur la plaque accroche au support de l’axe et le fait se déplacer perpendiculairement au axe central de la scie, ce qui produit un mouvement orbital de la scie.

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Figure 32 Photo mécanisme de bras 1

Figure 33 Photo mécanisme de bras 2

Le diagramme cinématique est simple, il est compose de 4 éléments et d’une liaison de surface glissant entre la plaque et l’engrenage hélicoïdal et une liaison pivot de la plaque avec le bâti.

Figure 34 Schéma cinématique mécanisme bras

Tableau 7 Eléments mécanisme bras

Pour la simulation cinématique à cause de glissement la solution le plus simple pour accomplir le mouvement réel, il est de déplacer le centre du cercle hors d’axe de l’engrenage dans la ligne d’axe central de l’ovale du bras au même temps qu’on définit une liaison pivot avec le bâti.

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Figure 35 Modèle numérique mécanisme bras 1

Figure 36 Modèle numérique mécanisme bras 2

Assamblage finale: Après avoir bien defini et reussir la simulation de chacun de ses sous-systemes on procede a tout remmettre dans une seule système et à demarrer la simulation pour obtenir le mouvement reel de la machine.

Figure 37 Modèle numérique mécanisme scie complet 1

Figure 38 Modèle numérique mécanisme scie complet 2

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CONCLUSIONS Le projet nous a permis de comprendre les fonctionnes et outils du logiciel Catia, a fin de pouvoir l’utiliser avec expertisse et d’une facon courant dans le cas de notre projet profesionelle comme des ingenieurs. Aussi il avait permis de mieux comprendre quels sont les dimmensions et la methode pour le mesure plus importants, pour faire la conception des pieces fabriques. En outre le projet a renforcé les connaissances des dynamique classique comme les liaisons cinematiques, parce qu’il était nécessaire pour s’apercevoir du fonctionnement de chaque machine et ensuite répresenter cette comportement de la manière le plus approxime sous l’applicative de simulation cinematique de Catia (DMU Kinematics). De plus le projet a apporté une opportunite de acquerir et plasmer les connaissances de la langue francaise pour ainsi pouvoir l’ameliorer d’une facon écrite et aussi connaitre la procedure et les consignees necessaires pour rediger un projet. Finalement le projet nous avait enseigne l’importance du plannning des objeticcfs et d’un calendier des travaux, pour s’organizer et accomplir le projet avec les specifications demandes et dans un temps concret. A cause de n’avoir pas fait ce type de planeation, le projet fut donné dehors la date limite et avec quelques points a ameliorer.

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BIBLIOGRAPHIE          

CATIA-V5-Tutorials-Mechanism-Design-and-Animation-Release-16 ISO 3952-1 Kinematic diagrams—Graphic symbols Supports des travaux pratiques de bureau d’étude (INSA Rouen) Support des travaux pratiques de conception assiste par ordinateur (INSA Rouen) Supports des travaux pratiques de conception surfacique et applications à la fabrication (INSA Rouen) http://www.rincad.es/viewtopic.php?f=5&t=2364 http://www.technologyevaluation.com/es/software/simulacion-catia-modeladotutorial-pdf.html http://xantia.voila.net/refection_pompe_hydraulique.htm http://eduscol.education.fr/sti/ressources_techniques/pompe-xantia http://joho.p.free.fr/EC/THEMES/POMPES/POMPE%20A%20DEBIT%20FIXE.pdf

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