TRAVAIL DEMANDE

1°- Classes d'équivalence

Q1: En vous aidant de la nomenclature, de la maquette numérique sous solidworks, et de l'animation ci-contre, compléter les classes d'équivalence suivantes du mini-compresseur sur votre document réponse:

Classe d'équivalence Carter = {1, ...

Classe d'équivalence Axe moteur = {6, ...

Classe d'équivalence Vilebrequin = {10, ...

Classe d'équivalence Bielle = { ...

Classe d'équivalence Piston = { ...

Classe d'équivalence Soupape d'admission = { 21 }

Classe d'équivalence Soupape de refoulement = { 21' }

2°- Graphe des liaisons

Pour la suite de l'étude, les soupapes ne seront plus prises en compte.

Q2: Compléter sur votre document réponse le graphe des liaisons ci-dessous en indiquant l'axe des liaisons

3°- Schéma cinématique

Q3: Compléter sur votre document réponse le schéma cinématique ci-dessous avec les trois liaisons trouvées précédemment

1° - Etude de la motorisation

Q4: A partir de la référence du moteur électrique, et en vous aidant des documents techniques constructeurs:

- Relever la fréquence de rotation du moteur à vide: N vide = ........ tr/min

- Relever la fréquence de rotation du moteur pour une efficacité optimale (max efficiency): N opt= ........ tr/min

- Convertir la fréquence N opt en rd/s: opt = ........... rd/s

2° - Etude de l'engrenage

Q5: Rechercher les nombres de dents du pignon et de la roue dentée:

- nombre de dents du pignon: Z6 = ............. dents

- nombre de dents de la roue dentée: Z14 = ............... dents

Calculer le rapport de réduction de l'engrenage: r = ...................

En déduire la vitesse de rotation du vilebrequin: vilebrequin = ..................... rd/s

Q6: Rechercher les diamètres primitifs du pignon et de la roue dentée:

- diamètre primitif du pignon: d6 = ............. mm

- diamètre primitif de la roue dentée: d14 = ............... mm

Calculer les vitesses VI 6/carter et VI 14/carter à partir des vitesses angulaires (vilebrequin et opt ) et des diamètres primitifs précédemment calculés:

VI 6/carter = ................... m/s

VI 14/carter = .................. m/s

Comparer ces deux vecteurs vitesse, justifier.

Tracer sur le document réponse le vecteur vitesse:

3° - Etude du système bielle-manivelle

Q7: Quel est le mouvement du Vilebrequin/carter ?

Définir la trajectoire du point B du vilebrequin/carter. La tracer (Doc.3 fig.1).

Connaissant la vitesse du point I appartenant au Vilebrequin/carter , déterminer graphiquement (Doc.3 fig.2) la vitesse du point B du Vilebrequin/carter . En déduire sa norme.

Comparer les vecteurs vitesse et , justifier.

Q8: Quel est le mouvement du piston par rapport au carter ?

Repérer (Doc.3 fig.1) par CH et CB les points morts Haut et Bas du point C.

En déduire la trajectoire du point C du piston/carter. La tracer (Doc.3 fig.1).

Tracer la direction du vecteur vitesse (Doc.3 fig.2).

Comparer les vecteurs vitesse et , justifier.

Q9: Quel est le mouvement de la bielle par rapport au carter ?

Par la méthode graphique de votre choix, connaissant , tracer (Doc.3 fig.2) le vecteur vitesse . En déduire sa norme.

REMARQUE: La géométrie du mécanisme évoluant au cours du temps, la vitesse du piston n'est pas constante.

La vitesse du piston que vous venez d'évaluer graphiquement n'est pas la vitesse maxi. Nous allons utiliser un logiciel (méca3D sous solidworks) afin de la déterminer.

1 - Ouvrir la maquette numérique sous solidworks du compresseur en cliquant ci-contre puis "ouvrir". (Patienter quelques secondes...)
2 - Rentrer dans le module de mécanique Méca3D en cliquant sur l'onglet correspondant.
3 - Vous voyez apparaître le menu ci-contre:

1°- Les pièces sous méca3D

La constitution des pièces n'est pas à faire, car cela ne fait pas l'objet du TP.

Pour information une pièce sous méca3D correspond à une classe d'équivalence du mécanisme. Il existe plusieurs méthodes pour créer ces pièces.

2°- Les liaisons sous méca3D

Ce sont les liaisons entre les classes d'équivalence. Toutes les liaisons du mini compresseur ne sont pas définies. Votre travail consiste dans un premier temps à implanter la liaison entre les classes d'équivalence piston/carter trouvée au § I-2 (graphe des liaisons).

Pour cela suivre les consignes suivantes:

1 - Cliquer sur le bouton droit (BD) sur "Liaisons" puis sélectionner "Ajouter".
2 - Sélectionner votre liaison piston/carter dans le tableau puis "suivant".
3 - Cliquer dans la liste des pièces méca3D (ou à l'écran) les classes carter et piston afin qu'elles apparaissent dans la fenêtre rouge puis "suivant".
4 - Définir ensuite la géométrie de la liaison (centre, orientation,...), en cliquant sur la contrainte coaxiale proposée dans la fenêtre rouge (issue de l'assemblage). Puis "Terminer".

3°- Analyse

1 - Cliquer sur le BD sur "Analyse" puis sélectionner "Graphe de structure", et comparer-le à celui que vous avez rempli sur votre document réponse.

2 - Cliquer Bouton Droit sur "Analyse" puis sélectionner "Calculs mécaniques ". Vérifier que la mobilité et l'hyperstatisme du mécanisme sont de degré 1. Puis "suivant".

3 - Il faut maintenant paramétrer (voir figure ci-contre) le mouvement d'entrée du compresseur tel que:

- la liaison pivot axe moteur/carter soit motrice.

- la vitesse de rotation est celle du moteur pour une efficacité maximale (en tr/min) déterminée question 4.

- l'étude est une étude cinématique.

- nombre de positions calculées par l'ordinateur: 500

- durée du mouvement: 0,1 s

Lancer le "calcul" puis "fin"

IV - Exploitation des résultats

1 - Simuler le fonctionnement du mécanisme afin de visualiser les mouvements des pièces du mini-compresseur. Pour cela cliquer bouton droit sur résultats, puis "simulation". Cliquer sur l'icone lecture.
2 - Afficher une courbe donnant la vitesse du piston en fonction du temps. Pour cela: Cliquer BD sur "Résultats" puis "Courbes" et "Simples". Une fenêtre "Consultation des résultats" apparaît. - Sélectionner L'onglet "pièce" - Dans la fenêtre rouge, vous devez sélectionner la classe d'équivalence pour laquelle vous voulez les résultats cinématiques. Dans votre cas le piston. - Le type de résultat que vous souhaitez est la vitesse du piston. - Le type de composante est: vitesse linéaire - La pièce par rapport à laquelle vous souhaitez ces résultats est la classe d'équivalence carter (par défaut la pièce fixe du mécanisme c'est à dire la première de la liste des pièces). - Cliquer sur "Consulter"

Une fenêtre d'affichage de la courbe apparaît

- Visualiser la vitesse du piston en cliquant sur l'onglet Vx

- Afficher le numéro des positions en cliquant BD dans la fenêtre des valeurs.

Q10: La position n°0 correspond au point mort bas du piston. Le vilebrequin tourne de 2,67° par position, retrouver le numéro de celle correspondant aux figures 1 et 2 du document réponse n°3 ( =60° ).

Position n° ...................

Lire la valeur de la vitesse du piston dans cette position, et la comparer à celle déterminée graphiquement Q9 ().

Q11: Retrouver la vitesse maximale atteinte par le piston (VC max) et le numéro de la position correspondante.

VC max = ......................... Position n°....................

Conclure quand à l'usure du joint de piston rep.18 en NBR (Perbunan®): ..................................................................

Q12: Calculer à partir du numéro de la position, l'angle positionnant le vilebrequin pour cette vitesse maxi.

= ..................

Positionner (Doc.3 fig.1) sur les trajectoires des points B et C, les points Bm et Cm correspondants à cette position.

Q13: Reproduire la courbe de la vitesse du piston/carter (Doc.4 fig.3). Reporter sur cette courbe les points correspondants à la vitesse maxi (Q11) et la vitesse déterminée graphiquement (Q9).