perforat

L.P.T.I. Saint Joseph La Joliverie

Marteau perforateur AEG PH 350 Description du mécanisme de marteau perforateur Mise en situation Le mécanisme étudié est un marteau perforateur utilisé pour des travaux de chantiers de génie civil. Ce marteau perforateur permet suivant le type d’outil utilisé d’effectuer les trois opérations suivantes : - Percussion : Réalisation de saignées et de petits travaux de démolition - Forage : Réalisation de trous dans les bois et métaux. - Percussion + Forage : Réalisation de trous dans les maçonneries et bétons. L’efficacité L’efficacité de ce marteau perforateur dans la réalisation de trous dans les matériaux durs comme le béton vient de la combinaison de deux mouvements simultanés : Un mouvement continu de rotation de l’outil et un mouvement répétitif de percussion. Pour la réalisation de trous dans les bois et métaux on n’a que le mouvement de rotation continu de l’outil. Et pour la réalisation de saignées on n’a que le mouvement répétitif de percussion.

Fonctionnement Ce marteau perforateur est défini par son dessin d’ensemble sur le document DT1 au format A3 et sa nomenclature sur le document DT2 au format A4. Ces documents représentent le marteau perforateur sans son moteur électrique. Les deux fonctions du mécanisme étudié sont : - Transmettre le mouvement de rotation de l’arbre moteur à l’outillage - Transformer le mouvement de rotation de l’arbre moteur en un mouvement de percussion. La première fonction est remplie par un train d’engrenage en série. La deuxième fonction par un engrenage et un embiellage qui permet la compression d’un coussin d’air entre le piston compresseur et le piston bélier. La percussion du piston bélier se répercute sur l’outil de percussion par l’intermédiaire d’une enclume. Ce principe de percussion dit « Electro-pneumatique » permet un travail pratiquement sans à-coups et réduit considérablement la force que doit développer l’opérateur ainsi que les vibrations qu’il doit subir. D’autre part lors de la réalisation de forage avec percussion dans du béton, il arrive que le couple résistant devienne très important. Aussi, afin de ne pas endommager l’outil et de ne pas blesser l’utilisateur, le marteau perforateur est doté d’un mécanisme de limitation du couple qui permet d’interrompre le mouvement de rotation de l’outil mais pas celui de percussion. La percussion va ainsi permettre le déblocage de l’outil dans le béton.

Caractéristiques Caractéristiques du moteur électrique : - Vitesse de rotation maximale à vide : N m = 8 000 tr/min - Puissance nominale du moteur électrique : P = 750 W Perforateur.doc

page 1/ 4

L.P.T.I. Saint Joseph La Joliverie

Travail demandé 1- analyse du fonctionnement 1.1- le document réponse DR1 donne les 10 classes d’équivalence du mécanisme dont certaines sont incomplète (Celles dont les accolades ne sont pas fermées), ainsi que son schéma cinématique représenté suivant la coupe A-A du dessin d’ensemble au format A3. Compléter la composition des classes d’équivalence incomplètes. Puis repasser les traits du schéma cinématique avec la couleur indiquée en face chacune des neuf dernières classes d’équivalence.

1.2- Les trois dessins ci-contre représentent un outil mis dans l’entraîneur du marteau perforateur. Chaque outil correspond à une opération particulière (Percussion, Forage ou Percussion + forage)

Cas 1

Pour chacun de ces trois cas préciser en  justifiant votre réponse à quel type de travaux il correspond (Percussion, Forage ou Percussion + forage) . Cas 2

Cas 3

1.3- Quelle est la fonction du perçage a (voir coupe A-A du dessin d’ensemble) ? Dans quel cas cidessus est-il utile ? ( Percussion, Forage ou Percussion + forage ? ) 1.4- Réaliser un synoptique de transmission de la puissance de l’arbre moteur à l’outil de forage. Ce synoptique étant ébauché ci-dessous (On fera une case par classe d’équivalence). Arbre moteur

engrenage

Canelures

Outil

1.5- Quelle est la fonction des rondelles 32 et 22 ?

2- Etude cinématique 2.1- Déterminer le rapport de transmission ( du mouvement de rotation) entre le moteur et l’outil de Noutil forage : r1 = . Nmoteur 2.2- En déduire la vitesse de rotation maximale à vide de l’outil de forage. 2.3- Déterminer le rapport de transmission entre le moteur et le vilebrequin : r 2 =

Nvilebrequin . Nmoteur

2.4- En déduire la cadence de percussion maximale en coups par minutes (cps/min). 2.5- Déterminer le nombre de percussions par tour de l’outil de forage. Perforateur.doc

page 2/ 4

L.P.T.I. Saint Joseph La Joliverie

3- Dimensionnement du couvercle 42 Dans cette partie on souhaite dimensionner le couvercle 42. Il s’agit plus particulièrement de positionner le trou recevant l’axe 27 de la roue R intermédiaire 24 par rapport à la surface centrant le couvercle 42 dans le boîtier 48. ( Voir les schémas ci-contre)

 α

Il s’agit en fait de déterminer les deux cotes ci-contre : Le rayon R et l’angle α .

Centrage du couvercle 42

Trou de l'axe 27

 Dans cette partie toutes les réponses seront portées sur le document réponse DR2.

Version existante Pour les trois premières questions on s’intéresse au dimensionnement de la version existante présentée par les documents techniques DT1 et DT2. Pour cette version tous les engrenages cylindriques (roues A, B, E, F et G) ont des dentures droites.

3.1- Donner les relations permettant de calculer les diamètres primitifs, de tête et de pied d’une roue d’engrenage cylindrique à denture droite. Donner également une relation permettant le calcul de l’entraxe d’un engrenage cylindrique à denture droite. 3.2- Faire les applications numériques pour les différents engrenages cylindriques à denture droite.

G

3.3- Calculer et indiquer la valeur nominale des deux cotes du couvercle : R et α. (On expliquera brièvement le calcul de l’angle α) On précise que l’entraxe entre les roues E et G est de 40,5 mm, et on donne la relation mathématique existante dans un triangle quelconque entre les trois dimensions des cotés du triangle et un angle de ce triangle : 2

2

2

a2 = a1 + a3 – 2.a1.a3.cos α

a2 F

a3  α

a1

E

Nouvelle version Le constructeur souhaite faire une nouvelle version pour laquelle la fréquence de frappe est de quatre percussions par tour de l’outil de forage. Pour cela on souhaite uniquement changer les engrenages E-F et F-G. Dans cette version les engrenages sont des engrenages cylindriques à denture hélicoïdale pour lesquels les nombres de dents sont Z E = 11 dents, ZF = 16 dents et Z G = 44 dents. Cette nouvelle version implique, en plus du changement des roues d’engrenage, le changement de certaines pièces entrant dans le guidage en rotation de la roue intermédiaire 24. Le couvercle 42 doit donc être redimensionné. Cependant, afin de limiter les changements, on choisit de ne pas changer la valeur du rayon R qui reste de 14,5 mm, ainsi que l’entraxe entre les roues E et G qui reste de 40,5 mm. Le but des quatre questions ci-dessous est donc de déterminer la nouvelle valeur nominale de l’angle α.

3.4- Calculer l’angle d’hélice β de l’engrenage E-F. (On expliquera brièvement ce calcul) 3.5- Donner les relations permettant de calculer les diamètres primitifs, de tête et de pied d’une roue d’engrenage cylindrique à denture hélicoïdale. 3.6- Faire les applications numériques pour les différents engrenages E-F et F-G. 3.7- Calculer et indiquer la valeur nominale de la cote d’angle du couvercle : α. (On expliquera brièvement le calcul) Perforateur.doc

page 3/ 4

L.P.T.I. Saint Joseph La Joliverie

4- Etude du limiteur de couple Etude de la version existante 4.1- Le limiteur de couple, intégré à l’arbre de renvoie, est constitué des pièces 32, 34, 36, 37, 38 et 44. En fait cet arbre de renvoie comprend trois classes d’équivalence. Donner la composition de ces trois classes d'équivalence du limiteur. 4.2- Expliquer brièvement le fonctionnement de ce limiteur de couple dit à « Tenons à flancs inclinés ». 4.3- Quels sont les paramètres des différentes pièces qui constituent ce limiteur qui influent sur la valeur du couple limite de ce limiteur de couple ? Etude d’une nouvelle version Le constructeur souhaite faire une nouvelle version de ce limiteur de couple non plus avec des tenons à flanc inclinés mais avec un embrayage conique. Le but des quatre questions suivantes est de concevoir ce limiteur de couple.

4.4- Faire un schéma cinématique de cette nouvelle version de limiteur de couple. 4.5- On souhaite faire un embrayage conique pour lequel la surface conique frottante à un rayon moyen Rmoy = 13,5 mm et un demi angle au sommet α = 15°. Calculer l’effort axial F du ressort permettant d’avoir un couple limite transmissible de C f  = 3,8 N.m si le coefficient de frottement entre les surfaces frottantes est de f = 0,15. 5.6- Dessiner sur le document DR3 une solution technologique de ce limiteur de couple pour lequel on prendra une surface conique frottante avec un rayon moyen R moy = 13,5 mm et un demi angle au sommet α = 15°. Le dessin de cette solution technologique est à l’échelle 2:1.

Perforateur.doc

page 4/ 4

49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23

4 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Vis CHC M4-10 Boîtier Enclume Joint torique 4x14 Entraîneur d’outil Sortie limiteur de couple Roulement à billes 6201 Couvercle Joint plat de capot Piston bélier Joint quatre lobes Entrée de limiteur de couple Crabot Ressort Bague de blocage du roulement Rondelle d’appui du ressort Roulement à billes 6003 Rondelle de réglage du limiteur Pignon moteur Roulement à billes 6001 Bague de moteur Arbre de vilebrequin Axe de roue intermédiaire Douille à aiguilles HK 0808 Douille à aiguilles HK 1010 Roue intermédiaire Anneau élastique pour alésage 32x1,2

m = 1 et ZG = 45 m = 1 et ZE = 9

ZD = 28

m = 1 et ZA = 8

m = 1 et ZB = 36 et ZC = 28

m = 1 et ZF = 20

49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Rep.

4 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 6 1 1 4 2 1 1 Nbr.

Format : A 4

DT2

Vis CHC M4-10 Boîtier Enclume Joint torique 4x14 Entraîneur d’outil Sortie limiteur de couple Roulement à billes 6201 Couvercle Joint plat de capot Piston bélier Joint quatre lobes Entrée de limiteur de couple Crabot Ressort Bague de blocage du roulement Rondelle d’appui du ressort Roulement à billes 6003 Rondelle de réglage du limiteur Pignon moteur Roulement à billes 6001 Bague de moteur Arbre de vilebrequin Axe de roue intermédiaire Douille à aiguilles HK 0808 Douille à aiguilles HK 1010 Roue intermédiaire Anneau élastique pour alésage 32x1,2 Rondelle de réglage vilebrequin Palier Roulement à billes 6002 Vilebrequin Douille à aiguilles HK 0810 Bielle Coussinet 8-12x10 Axe de piston Piston compresseur Anneau élastique pour alésage 8x0,8 Cylindre Anneau d’usure Joint torique 5,31,75 Douille Bague d’appui Rondelle Belleville Capot Joint Plat de nez Vis CHC M5-50 Douille à aiguilles HK 3020 Verrou Nez Désignation

m = 1 et ZG = 45 m = 1 et ZE = 9

ZD = 28

m = 1 et ZA = 8

m = 1 et ZB = 36 et ZC = 28

m = 1 et ZF = 20

Nomenclature du marteau perforateur L.P.T.I. Saint Joseph La joliverie

Observation

Dessiné par : CHAUVET F. Le : 08-01-2004

 Document réponse DR1 Classes d'équivalence du marteau perforateur Bâti

{1 } = {1 ,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ,12,21,23,27,29,35,41 ,42,48,49}

Piston compresseur

{ 13 }  = { 1 3

(Bleu)

Bielle

{ 1 6}  = { 1 6

(Vert)

Vilebrequin

{ 19}  = { 1 9

(Rouge)

Pignon intermédiaire

{ 24}  = { 24

(Vert)

Pignon moteur

{ 31 }  = { 31

(Vert)

{32} = {32,34,36,37,38,44}

(Bleu)

Arbre de renvoie Piston bélier

{ 39}  = { 39

(Rouge)

Entraîneur d'outil

{ 45 }  = { 45

(Rouge)

Enclume

{ 46}  = { 46

(Bleu)

Schéma cinématique du marteau perforateur Coussin d'air

G F

C

E

D

A

B

 Document réponse DR2  Dimension s de la version existante

Diamètre primitif : D = Diamètre de tête : D a = Diamètre de pied : D f = Entraxe : a = Diamètres ( en mm) Roues  primitif

de tête

Engrede pied nages

Entraxe (en mm)

A A-B B E

E-F

F G-F

G

 Dimension s de la nou velle version

Angle d'hélice

Diamètre primitif : D = Diamètre de tête : D a = Diamètre de pied : D f = Diamètres ( en mm) Roues  primitif E

de tête

Engrede pied nages E-F

F G

G-F

Entraxe (en mm) 14,5

R=14,5