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études de conception d'un banc d'essai pour butées hydrodynamiques

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par Rabah OUKACI
Université Ibn Khaldoun - Ingénieur d'état génie mécanique option construction mécanique 2009
  

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I.6 liste des pièces du banc d'essai

Le Tableau I-2 récapitule clairement les pièces constituant le bâti support.

20

01

Plaque support de broche

NFEN 10- 025

S235 (E24)

540×400×10

16.96

19

01

Tube de liaison

EN-10217-7

E335

540×80×40

2.00

18

01

Tube support de douille à aiguille

EN-10217-7

E335

540×80×40

2.00

17

01

Tube de liaison de devant (partie haute)

EN-10217-7

E335

540×60×60

2.00

16

01

Tube de liaison Arrière (partie haute)

EN-10217-7

E335

540×80×80

2.70

15

02

Tube renfort (partie haute)

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°15

4.66

14

02

Tube support de devant (partie haute)

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°14

5.10

13

02

Tube transversal supérieur

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°13

3.00

12

02

Tube renfort intermédiaire

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°12

4.13

11

02

Tube d'appui Arrière

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°11

8.31

10

02

Tube support

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°10

0.99

09

02

Tube de renforcement diagonal (partie

basse)

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°9

4.99

08

02

Tube de liaison latéral

EN-10217-7

E335

540×80×40

3.72

07

01

Tube de liaison Arrière (partie basse)

EN-10217-7

E335

540×80×40

2.00

06

04

Tube de soutènement (partie basse)

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°6

9.15

05

02

Tube montant de devant

EN-10217-7

E335

Voir Dessin N°5

6.83

04

02

Tube montant Arrière

EN-10217-7

E335

583×80×40

4.33

03

02

Tube de renforcement
longitudinal pour base

EN-10217-7

E335

270×80×40

2.00

02

04

Tube de base transversal

EN-10217-7

E335

1160×80×40

17.26

01

02

Tube de base longitudinal

EN-10217-7

E335

1240×80×40

9.23

Repère

Quantité

Désignation

Norme

Matière

Dimension
(mm)

Poids (Kg)

Tableau I-2: Liste des pièces du banc d'essai

II.1 Préface

Pour le système de chargement, on retient un système manuel (Vis-écrou) simple pour la mise en charge de la butée à patins. Il est constitué d'une poignée, d'une vis à patin et de rondelles élastiques « rondelles Belleville ». Un capteur de force est intercalé entre le système de chargement et l'axe de la butée (Figure II-1).

En tournant la poignée, l'effort exercé est transmis par l'intermédiaire d'un patin (Libre en rotation) dont la force est en appui sur les rondelles élastiques. Ces dernières, guidées dans un fourreau (gaine, étui allongé servant d'enveloppe à un objet de même forme) , transmettent la force appliquée à la butée en passant par le capteur de force.

Figure II-1 : Système de chargement

La vis à patin utilisée a un profile trapézoïdale, car ce type des profiles est utilisé pour les vis de transmission subissant des efforts importants.

En premier lieu, il faut déterminer les caractéristiques géométriques de la vis à patin:

II.2 Caractéristiques géométriques de la vis à patin

II.2.1 Calcul du diamètre fond du filet dr

4?

F S

W?

Sy

... (II-01)

dr=

Le diamètre au fond des filets se calcule par l'expression suivante

Figure II-2 : Représentation filetage

D'après les conditions de fonctionnement, la charge axiale appliquée varie de 0 jusqu'à 8000N, donc la charge axiale maximale appliquée est Wmax = 8000 N, à retenir que le facteur de sécurité FS= 4, la limite d'écoulement Sy= 240 N/mm2, on obtient :

 

4 8000 4


·
·

 
 

240

 
 
 

dr

 
 

Soit: dr = 13 mm

A partir du tableau II-1, on choisit :

- Le diamètre nominal: d= 16 mm.

- Le pas p= 3 mm. Ici le pas représente la distance séparant deux sommets consécutifs d'un même filet.

Éviter l'emploi des valeurs entre parenthèses

Le diamètre moyen ou diamètre sur les flancs : dm? d - p/2,

dm= d2 = 16 - 3/2 dm= d2 = 14,5 mm. Autres paramètres : a = 0.25 mm

d3 = d - p - 2a.

d3 = 16 - 3 -- (2 . 0,25) d3 = 12,5 mm

D1= d-- p

D1 = 16 - 3

D1 = 13 mm

D4 = d + 2a

D4 = 16 + (2 . 0,25) D4 = 16,5 mm

Maintenant, après avoir déterminé la géométrie de la vis à patin; on peut l'écrire comme suit : Tr 16 x 3 - 7e

Figure II-3 : Croquis d'un profil trapézoïdal NF E 03-615

II.2.2 Caractéristiques dimensionnelles de la vis à patin

Si on connaît le diamètre nominal de la vis à patin on peut extraire facilement les autres dimensions à partir du tableau II-2.

Tableau II-2 : Dimensions de la vis à patin (mm)

D'après le tableau II-2, on pourrait extraire facilement les paramètres géométriques de la vis à patin à utiliser dans le banc d'essai (Tableau II-3).

Figure II-4 : Croquis de la vis à patin

D1

L1

D2

D3

L2

L3

L5

M 16

125

12

11

12

5

5,3

Tableau II-3 : Paramètres géométriques de la vis à patin (mm) La figure II-4 montre les différentes dimensions de la vis à patin.

Il y a un point à signer ici étant qu'il est très intéressant de visualiser la vis à patin équipée d'une poignée. La figure II-5 donne une image expressive de cela, en plus d'un croquis portant la relation géométrique entre la vis et la poignée.

Figure II-5 : Photographie de la vis à patin équipée de la poignée

II.2.3 Calcul du couple admissible

Le couple admissible supporté par la vis se calcule par:

T TM TC W = i- ? ?

r dm ? La -I- i? ?? dm ? L ? dc l

C

. ) ??

?L ? j]

2 it. --i.

dm La ) 2

 

.(II-02)

 

CHAPITRE II ÉTUDE DU MÉCANISME DE CHARGEMENT DE LA BUTÉE 45 II.2.4 Calcul des contraintes

Dans notre cas les forces agissant sur la vis de transmission engendrent des contraintes de compression, de torsion et de flexion dans le corps de la vis. Pour calculer ces contraintes, on assimile notre vis à une barre cylindrique de diamètre à la racine des filets (dr) de la vis.

II.2.4.1 Contrainte de compression

La contrainte de compression de la vis se calcule par:

w

? A = .(II-03)

Ar

2

?

4
·w

? dr

?A

?A

4 8000


·

 

3 ,1 4 0 . 0 1 3


·

2

On obtient :

ciA =60 ,3 8 MPa

Notre vis peut supporter des contraintes de compression allant jusqu'à 60,38 MPa. II.2.4.2 Contrainte de torsion

La contrainte de torsion se calcule par:

Tc

? = (II-04)

J

T

? dr

/2

?

?

 
 

4

? dr

/ 3 2

?

16

?

T

?

? d r 3

ô =834,8Mp

Notre vis peut supporter des contraintes de torsion allant jusqu'à 834,8 MPa. II.2.5 Vérification du flambage

Dans le cas où la charge en compression est trop grande, il y aura flambage de la vis .Il s'agit donc de déterminer quelle est la charge critique au-delà de laquelle cette instabilité mécanique se produira.

Lorsque le rapport d'élancement L/dr est inférieur à 9 (L/dr < 9), il ne se produite pas de flambage.

Ici L= L1-L2=125-12=113 mm et dr= 13 mm, donc : L/dr = 113/13 = 8,7 < 9

Effectivement, on évitera le cas de flambage.

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"Ceux qui rêvent de jour ont conscience de bien des choses qui échappent à ceux qui rêvent de nuit"   Edgar Allan Poe