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[3ém Anné Projet bureau d’études : d’études : Palan électrique
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EMERCIEMENTS R EMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, c’est un devoir agréable d’exprimer en quelques lignes la reconnais gratitude que nous devons à tous ceux dont on a sollicité l’aide et la collaboration.
Notre gratitude s’adresse tout spécialement à A.OUDRA, A. BAMOHAMMED, H.MOUSSAM
M.SALLAOU, pour cette bénéfique initiative concernant la mise en œuvre d’un projet du bureau d pour but d’améliorer l’esprit créatif chez les élèves ingénieurs, d’ acquérir et assimiler les notions
la construction mécanique, et aussi découvrir et confronter les différentes difficultés d’un process
conception. Sign up to vote on this title
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Sommaire Introduction ………………….…………………………………. P.3 Recherche bibliographique ……………………….…………. P.4
Partie A : Analyse Fonctionnelle I-
L’analyse fonctionnelle externe :
I-1- Analyse du besoin ……………………………………….. ……………………………………….. P.30 I-2-Validation du besoin ……………………………...…….. P.30 I-3- Enoncé fonctionnel du besoin ………………….….. P.31 Caracterisation des fonctions de service……….. P.31 I-4- Caracterisation
II-
L’analyse fonctionnelle interne :
II-1- Fast de description du palan électrique ………. P.33 …………………………………….. P.38 II-2- Choix des solutions …………………………………… ……………………………….. P.40 II-3- SADT, Actigramme A- 0 ………………………………
III-
L’analyse cinématique de palan électrique : Sign up to vote on this title
III-1- Aspect cinématique de palan électrique P.40 …….. Not useful Useful IV-
……………………………… P.42 Schéma technologique ………………………………
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Partie B : Conception et Dimensionnement du palan Introduction …………………………………………………… ………………………………………………………… …… P.45
1- Correction des nombres de dents …………………… P.46 2- Choix du moteur frein …………………………………….. P.47 l’accouplement ………………………………… …………………………………. P.51 3- Choix de l’accouplement Dimensionnement de l’arbre moteur ………………. P.53 4- Dimensionnement Dimensionnement de l’arbre satellite ……………... P.56 5- Dimensionnement Dimensionnement des roulements ………………….. P.59 6- Dimensionnement
7- Détermination de l’épaisseur du tambour ……….. P.67 8- Détermination du matériau du câble ……………….. P.72 9- Dimensionnement des Vis ……………………………….. P.73 10-Choix des Circlips ………....................................... P.75 Conclusion …………………………………………………………… . P.83
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Introduction
Dans le cadre de notre formati on à l’Ecole l’Ecole national des Arts et Métiers nous somme amené à réa projet de bureau d’études d’un appareil de levage .
Il s’agit d’une étude d’un appareil de levage et manutention manutention intitulé palan électrique, c’est un a
pour rôle de s oulever, abaisser ou déplacer des charges charges au moyen d’un tambour lié à un câble m est à son tour lié à la charge qu’on veut déplacer .
Notre étude comporte comporte une analyse des éléments principaux et secondaires composant composant la structu structu
électrique. Puis une analyse fonctionnelle de notre projet, par suite le dimensionnement des par de notre système .Enfin on va aborder la partie dessin.
Qu’est-ce qu’un appareil de levage :
Tout dispositif ou appareil servant à lever ou à abaisser des matériaux ou de l’équipemen considéré comme un appareil de levage. En voici quelques exemples : • les treuils à cliquet utilisés pour le levage • les crics • les palans à main
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Types d’appareils de levage On distingue : le Levage suspendu et le levage porté :
Levage suspendu : la charge levée est maintenue au moyen d’un d’un crochet ou d’un outil de préh
suspendu à un câble ou à un équipement. Le centre de gravité de cette charge s’aligne verticalem point de suspension placé sur l’équipement rigide de l’appareil de levage.
Levage porté : la charge repose sur un ou des supports (standards ou spéciaux). Elle est mainte
rigide et suivant une orientation fixe par rapport à l’équipement de l’appareil de levage sur des fo plateau... Des mouvements relatifs de l’équipement, d’amplitude limitée, permettent de modifi
cette orientation. La charge est prise par- dessous et est reposée à l’endroit souhaité de la même charge doit permettre cette prise ou, sinon, être posée sur un support adéquat (palette standard spéciale...).
d’un palan électrique qui est un appareil de levage levage à Dans notre projet o n se ramène à l’étude d’un
suspendu :
Définition d’un palan :
Est un appareil de levage qui a pour rôle de soulever ou déplacer des charges dans plusieurs direc Sign up to vote on this title
moyennant un tambour lié à un câble métallique. Le palan électrique joue un rôle très très important
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domaine de l’industrie vu sa puissance et sa capacité à soulever des charges très lourdes. D’autre
de palan se caractérise par sa facilité de manipulation.
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On distingue principalement : - Les câbles non métalliques. - Les câbles métalliques.
Remarque : les câbles non métalliques présentent présentent des faibles propriétés propriétés mécaniques sont faibles raison leur utilisation est rare. Dans notre projet on va utiliser des câbles métalliques .
Le tambour :
C’est l’élément dans lequel s’enroule le câble métallique. Le choix de cet élément dépend de sa f
géométrique, de la nature de la surface latérale et du matériau : Ce concerne la forme géométrique on distingue : -les tambours cylindriques -les tambours coniques -les tambours mixtes A propos de la forme de la surface latérale il y a : -les tambours lisses -les tambours à rainures filetés Le matériau utilisé est généraleme nt l’acier .
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Limiteurs de couple 1-Definition :
Les limiteurs de couple sont des composants de sécurité mécaniques utilisés en transmission de p désolidariser et protéger la cinématique de la force motrice lorsqu'un surcouple résultant d'une surcharg
Le principe de base du limiteur de couple est de supprimer la transmission de couple entre une pa entraînante et la partie tournante entraînée lorsque le couple transmis à celle-ci dépasse une valeur de
Schéma synoptique du fonctionnement d'un limiteur de couple :
Fonctionnement dans des conditions
e
; Ce
Côté entraînant
normales d'utilisation :
Limiteur de couple
Côté entraîné
( Climite )
s
=
Fonctionnement anormal : Ce > C déclenchement avec Cdéclenchement le couple de déclenchement réglé
e
; Ce > Climite
Côté entraînant
Limiteur de couple ( Climite )
Côté entraîné Sign up to vote on this title
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Cs = Crésidu
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(1) Courbe (1) Courbe du couple de la machine en fonctionnement normal (2) Couple maxi de la machine en service l’acco uplement (3) Réglage du couple de l’accouplement
(X) Marge de sécurité entre 2 et 3 (devrait représenter 30%minimum du couple de la machin
Après la surcharge, le limiteur de couple est réenclenché automatiquement ou manuellement et la nouveau opérationnelle.
Les limiteurs de couple de sécurité épargnent donc des pertes de temps occasionnées par des et éliminent l'échange de pièces de rechange coûteuses, ce qui permet notamment d'éliminer maintenance et d'augmenter la productivité de machines. Il existe plusieurs types de limiteurs en fonction des exigences de chaque problème :
Les limiteurs de couple sans friction
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useful Useful Notoffrent, Destinés à protéger avec précision les processus et les transmissions de machines, par l'extrê
leurs principes fonctionnels, une solution optimale pour chaque cas d'application :
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Ces différents limiteurs de couple peuvent être montés aussi bien sur une transmission directe que su indirecte :
Transmissions directes :
Dans cette configuration, le limiteur de couple est placé sur l’arbre de transmissions entre l’éléme l’élément entraîné.
Transmissions indirectes :
Ici le limiteur peut permet de réaliser ou non la liaison entre l’arbre moteur et la poulie (ou le pignon). Sign up to vote on this title
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Présentation des différents principes de fonctionnements
1) Limiteur de couple « par adhérence »
Un des principes les plus simples utilisé dans les limiteurs de couple est l’adhérence. C’est la raison po
sont relativement abordables. Leur conception est similaire à celle des embrayages. Il existe ainsi plusi simple disque, multi disques, coniques…
a) Présentation générale des différents principes
Le mono disque
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Le multi disque
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Comme pour les embrayages, la valeur l imite de couple s’exprime par :
n. F . f D d 3
3
3
2 2 D d
Le cône d’adhérence
La valeur limite de couple s’exprime ici par :
d n. F . f D 2 2 3.sin 3
3
D
d
Où β sera l’angle formé par la surface de contact et l’horizontale.
b) Les garnitures
Sign up to vote this title Les matériaux les plus employés à la fabrication des garnitures, aussi bien pouronles limiteurs de coupl Not useful de carbone embrayages, ou encore les freins, sont des matériaux composites principalement Useful composés céramique et de métaux. Les garnitures constituent les éléments d’usure d’un mécanisme et sont bien sou
des changements de température brutaux (par dissipation de l’énergie en chaleur par frottement).
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2) Limiteur de couple synchrone et asynchrone a) A denture hélicoïdale
Il s’agit d’un limiteur de couple de type asynchrone car
mouvement se fait ou peut se faire à chaque dent. Le couple es
des dentures hélicoïdales frontales à flancs convergents mis L’effort presseur est réalisé par un système systè me de ressorts logés da
Comme pour une vis en rotation où les flancs de filets sont en l’écrou, les flancs des dentures hélicoïdales restent en conta
totalité du mouvement engendré par le déclenchement. Cette confère à ce type de limiteur de couple une très bonne résistanc diminue fortement la brutalité du désaccouplement.
Dès que la valeur limite de couple est atteinte, l’effort e
ressorts augmente et donc ces derniers se compriment jusqu’à ce sautent d’une dent à l’autre (mécanisme désaccouplé). En
surcharge, on assistera à un phénomène de cliquetage, perme continuer à passer un certain couple.
Schéma du limiteur de couple à hélicoïde en position
fonctionnement :
Vis de fixation de roues à chaîne, de poulies ou de pignons
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b) A billes 1. Principes généraux de fonctionnement des limiteurs à billes
Un limiteur de couple à billes est composé composé de 5 principaux éléments fonctionnels fonctionnels :
Bille Ressort presseur
Encoche
Bride
Moyeu
Schéma de principe d'un limiteur de couple à billes
Cas où le couple côté entraînant est inférieur au couple de déclenchement déclenchement réglé :
Centraînant < Cdéclenchement
Transmission du couple : Centraîné = Centraînant Sign up to vote on this title
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Cas où le couple côté entraînant atteint le couple de déclenchement réglé :
Centraînant
Cdéclenchement
Le couple n'est plus transmis : Centraîné = Crésiduel
Côté entraînant
Côté entraîné
Remarque :
Bien entendu, il est important que Crésiduel soit le plus faible possible. Toutefois, les frottements se pro
la phase déclenchée interdisent l'annulation totale du couple transmis ; Ainsi, on peut espérer dimi résiduel tel que Crésiduel = 10 % Centraînant pour un limiteur performant.
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TRAINS D'ENGRENAGES GENERALITES
Les trains d'engrenages sont utilisés dans une grande quantité de machines et mécanismes
engrenages cylindriques sont les plus courants, les engrenages coniques réalisent la transm
entre arbres concourants. Les engrenages rouent et vis permettent l'irréversibilité et une g
réduction avec un seul couple de roues (leur faible rendement les écarte des grandes puiss
Les dentures hélicoïdales, plus silencieuses sont les plus utilisées lorsqu'il s'agit de transme de la puissance.
Afin de réduire l'encombrement et économiser la matière on limite le rapport de transmiss
même couple de roue (1/8 d Z1/Z2 d 8). Au-delà de ces valeurs, il est préférable d'utiliser deu de roues ou plus.
Dans la plupart des applications, les trains d'engrenages fonctionnent en réducteur (réduisent la v augmentent le couple).
SCHEMATISATIONS :
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Les trains épicycloïdaux
Sous le nom de train épicycloïdal ou engrena
on désigne un système de transmission de p deux ou plusieurs arbres dont certains
seulement autour de leur propre axe. mais a axe autour d'un autre axe.
Les engrenages peuvent être cylindriques ou
Ceux dont l'axe coïncide avec un axe fixe
s'appellent '' planètes '' et ceux qui tourn axe autour d'un autre s'appellent ''
derniers sont généralement maintenus p mobile nommé ''porte satellites''.
Avantage :
Possibilité d'arrangement coaxial des arbres.
up to votedonnée. on this title Réduction du poids et de l'encombrement pour uneSign puissance
usefuldes transmis Useful Not pour Rapport de vitesse très élevé possible avec un minimum d'éléments
faible puissance.
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TRAINS EPICYCLOÏDAUX OU PLANETAIRES:
Un train d'engrenage est dit "train épicycloïdal" lorsque, au cours du fonctionneme
plusieurs roues dentées tournent autour d'un arbre mobile en rotation. Ces roue
possèdent donc un mouvement relatif de rotation autour de leur axe et un m d'entraînement de rotation autour de l'axe de l'arbre.
Ils autorisent de grands rapports de réduction sous un faible encombrement et sont réguliè utilisés dans les boîtes de vitesse automatique.
Train épicycloïdal simple :
La configuration ci-dessus est la plus utilisée. On peut avoir 2,3 ou 4 satellites. Leur no sans influence sur le rapport de transmission.
Le fonctionnement n'est possible que si l'un des trois éléments principaux, planétaire couronne 3 ou porte satellites PS, soit bloqué ou entraîné par un autre dispositif. Sign up to vote on this title
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1-Cas usuels de fonctionnement:
La configuration avec planétaire couronne 3 bloquée est de loin la plus utilisée : planétaire 1 en e porte satellites PS en sortie.
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Problème technique:
Ralentir ou arrêter un organe (un mécanisme) en mouvement . Solution:
Cela nécessite l’existence d’actions mécaniques antagonistes (opposées) crées par
un système de freinage .
Fonction, situation du dispositif de freinage : Dans une chaîne de transmission de puissance, le dispositif de freinage est destiné, soit à : - ralentir un mouvement établi, en lui communiquant une décélération qui abaisser sa vitesse à une valeur ciblée, nulle (arrêt) ou non (ralentissement); (ralentissement); - s'opposer à la mise en mouvement d'un organe arrêté.
En général, le dispositif de freinage est placé à proximité de l'organe récepteur afin les chocs dans la transmission.
Embrayage; Ré d u c te u r; B o îte d e vitesses; Inverseur
Dispositif de freinage
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Frein à disque à manque de courant
A la mise sous tension du moteur-frein, l'électro-aimant (13) attire l'armature (6) qui comprime l
et libère le disque. Le frein est alors desserré. A la mise hors tension, l'électro-aimant (13) n'est p
alimenté, il libère l'armature qui, sous la pression du ressort (9), presse la couronne (15) sur le disq
couronne (15) est immobilisée en rotation par deux crans dans le flasque-frein (4).La couronne (1 la garniture, le disque-frein (3) sert de ventilateur. ventilateur.
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Frein à sangle : Contact radial entre deux solides :
Il s’agit d’un embrayage frein muni d'un tambour (5) unique disposant de deux surface fonctionnelles : - à l'intérieur : embrayage centrifuge ; - à l'extérieur : frein à sangle Le freinage est obtenu par translation du tirant (6) par un câble (non représenté). représ enté). Le relâchement du frein est réalisé par le ressort (7). Ce dispositif est monté sur un motoculteur.
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Mise en situation:
Le produit technologique, sujet de notre étude, est un palan électrique. électrique. Il sera utilisé dans u
maintenance pour assurer la montée et la descente à petite vitesse d’une charge maximale de 10K
déplacer horizontalement suivant deux directions perpendiculaires (OX et OY figure ci-dessous zone de 6x6 mètres, tout en assurant la sécurité des personnes et du mécanisme. Données de l’étude :
Charge maximale à soulever : 10 000 N ; Vitesse de monté ou de descente de la charge : 0,1 m/s < V c h a r g e ;
Hauteur de levage : 10 m ;
Câble Ø7;
Système de levage à m ouf1age simple à deux brins ;
Transmission par train épicycloïdale complexe à 3 satellites tel que :
Module m = 2mm ;
Denture hélicoïdale tel que β=15° ; Z0= 82; Zl = 28;
Z2 = 84;
Z3 = 30; Z4 = 24;
La vitesse de déplacement horizontal suivant OX ou OY est de 0,20 m/s.
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L'analyse fonctionnelle externe consiste à analyser le besoin auquel devra répondre le produit,
de service qu'il devra remplir, les contraintes auxquelles il sera soumis et à caractériser ces fon contraintes. C'est la base de l'élaboration du Cahier des Charges Fonctionnel.
1. 1-ANALYSE DU BESOIN BESOIN : Soulèvement et déplacement des charges. PRODUIT : palan électrique. Bête à corne L’utilisateur
Charges
Palan électrique
Permettre à l’utilisateur de soulever et
déplacer les charges
1.2-Validation 1.2-Vali dation du besoin :
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Useful Not useful Qu’est-ce qui pourrait faire évoluer le besoin et par conséquent le produit ?
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1.3-ENONCÉ FONCTIONNEL DU BESOIN 2.1. Enoncé des différentes fonctions de service.
Utilisation Utilisation d’un diagramme des inter actions a ctions :’’pieuvre’’
Charges
Utilisateur FC1 .
Encombrement
Support
FP FC3
PALAN ELECTRIQUE
FC6
FC2
FC7 FC5
Coût Esthétique
Fonctions FP FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7
Energ électriq
FC4
Norme
EXPRESSION DE LA FONCTION Permettre à l’utilisateur de soulever et déplacer les charges. Etre de manipulation facile. Etre alimenté en énergie électrique. Etre supporté. Respecter la norme en vigueur. Avoir un bon aspect esthétique. esthétique. Etre moins encombrant. Sign up to vote on this title Avoir un coût optimal. Useful Not useful
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Cahier des charges fonctionnel : FONCTIONS FP
CRITERES > Masse de la charge Max > Superficie du balayage de déplacement > Vitesse de monté et descente > Vitesse de déplacement horizontal > Hauteur de levage
FC1
> Hauteur du boitier de commande
FC2
> Tension > Intensité > Consommation > Autonomie > Protection blocage
FC3
> Masse Totale du système
FC4
> Bruit > Sécurité
NIVEAUX < 1000KG <6mx6m 0.1m/s 0.2m/s 10m 1.3m
250KG
Norme 60 dB ±6 dB
> Couleur > Forme du palan
Moins de 3 couleurs
FC6
> Taille du palan
D=0.5m L=1m
FC7
> Prix adorable
FC5
Cylindrique
~ Le critère d’appréciation est associé à une caractéristique d’une fonction de service et est rete
apprécier la manière dont la fonction est remplie. Les performances d’une fonction peuvent être précis plusieurs critères (dimensions, poids, style...). Sign up to vote on this title
~ Le niveau du critère d’appréciation est la grandeur recherchée en tant qu’objectif. C’est la valeur Useful
atteindre par le critère pour que la fonction soit réalisée.
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Un produit peut être considéré comme le support matériel d’un certain nombre de fonctions t
L’analyse fonctionnelle interne d’un produit dégage chaque fonction technique per mettant fonctions de service et permet la matérialisation des concepts de solutions techniques. C’est le
du concepteur.
Ce type d’analyse consiste à rechercher les fonctions techniqu es, les solutions optimales et les com
doivent satisfaire une fonction de service.
2.1-FAST de description du Palan électrique : Pour rechercher le maximum de solutions :
Il est nécessaire de procéder à une recherche progressive et descendante des fonctions tech partir de chacune des fonctions de service. L'outil permettant de réaliser de visualiser cet enchaînement s'appelle le F.A.S.T. signifiant : d'A Analysis System Technic, que l'on peut traduire par : Technique d' Analyse Fonctionnelle et S
Digramme FAST relative à la fonction principale FP :
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FT111 Gérer le
Boitier de
système
commande
FT112 Contacteur
Distribuer l’énergie
FT11 Donner le mouvement
FT113 Moteur frein
Convertir l’énergie
FT114
S1 Roulemen S2 Coussinet. S3 Axe + anne élastique +
Guider la rotation FT1
FT115
Soulever les charges
Transmettre et adapter
S1 S2 S3
l’énergie
Réducteur Train épic Roue-vis s
FT12 Transformer la rotation en
S1 Système Vi S2 Vis à billes.
translation
S3 Système S4 Pignon + cr useful NotS5 Excentrique S6 Cames.
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FT211 Gérer le
Boiti
système
comm
FT212
Conta
Distribuer l’énergie
FT21
FT213
Donner le
Mo
Convertir
mouvement
l’én l’éner er ie
FT214 Transformer FP Soulever et déplacer les charges
le mouvement
FT2
de rotation Déplacer
en
suivant (OX)
translation
S1 S2
Système Vis à bill
S3 S4
Poulie co Pignon + crémaillè Excentri Cames. Bille man
S5 S6 S7
FT22 Guider le déplacement du palan par rapport aux rails
S1 on this Galets. Sign up to vote title
de Useful S2 useful Not Interposition S3
linières . Patin à recircu
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FT311 Gérer le
Boitier de
système
commande
FT312 Contacteur
Distribuer l’énergie
FT31 Donner le mouvement
FT313 Moteur frein
Convertir l’énergie
FT314 Transformer le mouvement
FT3
de rotation en
Déplacer
translation
suivant (OY)
FT32 Guider le déplacement du palan par
Système Vis à bill
S3 S4 S5 S6
Poulie co Cames. Excentri Pignon + crémaillè Bille man
S7 Sign up to vote title S1 on this Galets.
Useful S2 useful de Not Interposition
rapport aux rails
S1 S2
S3
linières. Patin à recircu
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Digramme FAST relative à la fonction contrainte FC1 : FC1
Etre de manipulation
Facilité l’accès à la
S1
Command
boite de
S2
Fil électriq
facile
Digramme FAST relative à la fonction contrainte FC2 : Générer l’énergie
Réseau ONE
Lier au système
Fils électrique
FC2
Etre alimenter en énergie électrique
Digramme FAST relative à la fonction contrainte FC3 : Supporté le FC3
système de déplacement
S1
Vis
S2
Boulo
Etre supporter
Supporter le palan
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FAST relative à la fonction contrainte FC4 :
Assurer la
S1
Frein à disque.
sécurité
S2
Frein à sabot.
FC4
S3
Frein à sangle.
Respecter la norme en
S4
Frein à tambour.
S5
Limiteur de coup
vigueur
S1 S2
Générer moins de bruit
Joint d’amorti Lubrification.
2.2-Choix Des Solutions : Fonction
Solutions Choisies
Avantages
Roulements
Pas de frottement Supporte plus de charge Cout
Coussinets
FP
Cout
Frottem Supporte m Cout Frottem Supporte m Imposé par le Cahier des cha
Axes +A.E + C Train Epicycloïdale Vis Ecrou Système de levage Pignon + Crémaillère Came Excentrique
Incon
Cout Fro Sign up to vote on this title Imposé par le Cahier des cha
Useful
- Not useful
Cout
Cour
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linéaires Patins à recirculation de rouleaux
Douilles à billes
FC1 FC3 FC4
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Facile à réaliser
Supporte
Guidage parfait Supporte des grandes charges Securité à la norme Guidage parfait Pas de frottement
Cout
Glissière ouverte
Cout
Commande à distance Fil électrique Vis Boulons Rigides Limiteur de couple Joints d’amortissement Lubrification
Cout
Roulements
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Queue d’aronde
Solution Choisie
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Flexio Support
Frottem Guid Supporte m Frottem Guid Supporte m Diffici
Facile à réaliser Indiscutable
Imposé par le cahier des cha Indiscutable
Commentaire
Tout le système est basé sur le bon fon rotation alors avec optimisation entre et cout c’est la meilleur solu
Train Epicycloïdale
Imposé par le cahier de cha
Système de levage à mouflage simple à 2 brins
Imposé par le cahier de cha
FP
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Not useful des charges t LeUseful système doit soutenir
Vis ecrou
ce qui nous laisse les 2 choix : Vis écr mais car on ne cherche pas des vitess
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Imposé par le cahier des cha
Limiteur de couple Joints d’amortissement Lubrification
On peut introduire les deux soluti minimiser le bruit pour une norme
2.3-SADT, Actigramme A-0 :
La méthode SADT est une méthode graphique qui part du général pour aller au par
permet de décrire des systèmes où coexistent des flux de matières d'œuvre (produits,
informations). Elle s'appuie sur la mise en relation de ces différents flux avec les fo remplit le système. Mise en marche
Réglage : course
Energie électrique
configuration : Bruit
Charges Non soulevée et Non
Soulever et déplacer les charges
déplacée
Palan électrique
3.1-Aspect Cinématique Du Palan Electrique : Sign up to vote on this title
0 = {Couronne0, carter, Boitier électrique, …
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Cahier de charge Client :
Afin de bien entamer la partie de dimensionnement il faut que le client fixe quelques qu’on en aura besoin lors de nos calculs.
On supposera alors que notre client a bien fixé ces paramètr es comme suivant : -
-
-
Durées de vie des roulements :
Tambour : L= entre 10 000h et 20 000h
Arbre Moteur : L= entre 10 000h et 20 000h
Arbre Satellite : L= entre 10 000h et 20 000h
Rendements :
Système : η = 0.97
Roues :
Moteur : η =0.96
η = 0.97
-
Charge maximale à soulever : 10 000 N ; Vitesse de monté ou de descente de la charge : 0,1 m/s < V c h a r g e ;
-
Hauteur de levage : 10 m ;
-
Câble Ø7;
-
Système de levage à m ouf1age simple à deux brins ; Transmission par train épicycloïdale complexe complexe à 3 satellites tel que : Sign up to vote on this title Module m = 2mm ;
Denture hélicoïdale tel que β=15° ; Z0= 82;
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Dans cette partie, nous allons entamer le pré-dimensionnement des différents élémen
système. Pour faciliter la lecture de cette partie, le schéma ci- dessous présente l’en éléments qui feront l’objet de notre dimensionnement.
Carter Arbre 2
Tambour
câble
Roulement 2 Roulement 4
Roulement 1
Roulement 3
up to vote this title Accouplement AccouplemenSign t (limiteur deon couple)
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1-Correction 1Correction des nombres de dents :
Dans le cahier de charge client primaire le client a fixé un nombre de dents pour les ro
épicycloïdale, dans cette partie on va vérifier v érifier si avec ces nombre Zi le montage des sa pourra être possible, sinon on doit les modifier.
En général, après le montage du premier satellite entre la couronne et le planétaire, p dentures du deuxième satellite soient coïncidé aussi avec leurs dentures de ntures dentures de et le planétaire il faut que le nombre des dents vérifier les relations suivantes :
(Π*Z1*m/3)+(π*m*Z3/3)+(π*m/Z (Π*Z1*m/3)+(π*m*Z3/3)+(π*m/Z2)=k*(π*m) 2)=k*(π*m)
Donc
Z4+Z2=3*k
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Avec,
A.N :
k : Entiers positif
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2-Choix 2Choix du Moteur Frein :
A fin de déterminer le moteur qu’il faut utiliser pour donner le mouvement au systèm
d’abord déterminer leur principales caractéristiques qui se caractérisent dans sa puiss
vitesse de rotation. Pour cela on doit effectuer des calculs au niveau du système pour préciser ces deux grandeurs, puis on doit choisir ch oisir un moteur correspondant à le nôtre catalogues répandus dans le domaine industriel.
a- Calcul de la vitesse de rotation : Dans notre système on va utiliser un train épicycloïdal à double couronne pour et la réduction de mouvement.
Pour le calcul de la vitesse de rotation de l’arbre (4) on se base sur les formules de
Formule de Willis 1 :
On considère : (4) Comme Entrée et (2) comme Sortie Sign up to vote on this title
x(Z2xZ3)/(Z4xZ3) (ω4 - ω5)/ (ω2 – (ω2 – ω5)= -(1) ᶮUseful Not useful (ω4 - ω5)/ (ω2 – ω5)= -(Z2/Z4)=- β
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La couronne (0) est bloquée Donc :
Ω 0 =0
La couronne (2) tourne avec une vitesse de :
Ω 2 =2xV R
On trouve avec la deuxieme formule que :
ω5= [(Z1xZ4)/(Z3xZ0+Z1xZ4) [(Z1xZ4)/(Z3xZ0+Z1xZ4)]x ]x ω4= λ x ω4 er
On remplaçant dans la 1 formule on trouve que :
ω4 =( V x 2 x β ) /[( βxλ+λ-1) x R]
Finalement on trouve que : ω4 = -160 rad/s
N = 60 x ω4 / 2π
N = 1 528 tr/min b- Calcul de la la puissance puissance : Pour calculer la puissance de notre moteur on va se baser sur la relation suivante
Pm=Ps/η Avec : Pm Pm= = La puissance du moteur (en KW) Ps = La puissance de sortie (Tambour) (en KW)
η = Le rendement total du palan (fixé dans leup cahie cahier r de Sign to vote oncharge this title η=0.97)
Calculons la puissance de sortie (Tambour) : On sait que :
Ps= T.V
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T1+T2=P Avec T1+T2=P Avec T1=0.5P et T2=0.5P
La Force T2 réelle : Puisqu’on a une poulie ( Tambour ) on peut considérer considérer que :
T2 = 0.6 x P Sign up to vote on this title
Calculons la vitesse linéaire du tambour :
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La vitesse de la montée verticale V0 est égale à la moitié de la vitesse verticale V1 démontrer géométriquement. on a une angle α entre la vitesse V1 et V t du tambour :
on considère la hauteur maximale puisque le charge sera maximale . Avec : Or : Donc :
Vt=V1 x cosα = 2 x V0 x cosα tanα= 125/10500 α = 0.68
V=2 x 0.1 x cos(0.68) Vt = 0.1999 m/s
Et Donc : A.N :
Ps = T2 x Vt = 0.6 x P x 2 x V Ps = 0.6 x 10000 x 2 x 0.1
Et Donc :
Ps = 1200 W
Calculons la puissance du moteur :
Pm’=Ps/η
Pm’ = 1 237 W
A.N :
On fait une correction pour la sécurité en multipliant cette valeur pas un coefficient de sécurité Pm = Pm’ x Ks
Pm = 1 500 W c- Choix du moteur :
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Apres avoir fait une recherche dans les catalogues des moteurs freins, on a choisi
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d- Vérification du cahier de charge :
On doit maintenant vérifier si avec les paramètres du moteur choisi la condition sur la la charge donnée dans le cahier de charge reste valable : On a :
N = 2850 tr/min Iω4I = 1600 x V = 2 x π x N /60
Et donc :
V = 2 x π x N /(60x1600)
V = 0.18 m s V > 0.1 m/s
Alors la condition dans le cahier de charge est e st bien vérifiée.
3-Choix 3Choix de l’accouplement :
Pour transmettre l’énergie mécanique du moteur à l’arbre moteur on choisit un accouplement él
puisqu’il est solliciter en torsion, et qui vas aussi limiter le couple par freinage on utilisant un ress
rappelle.
Le couple nominal à transmettre :
On calcule le couple nominal à transmettre :
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On le multiplie par un coefficient de sécurité K =1.3 :
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4- Dimensionne Dimensionnement ment de l‘arbre moteur :
Satellite
La roue 4
c D
A
B
Satellite
Z
1
D
: Effort tangentielle : Effort radial
NOTATIONS :
D est le centre de la roue 4
Satellite
Satellite2
3
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Les efforts appliqués sur l’arbre : Pivot au point A :
| |
Le couple du moteur appliqué au point B :
Les efforts appliqués par les trois stellites sur la roue 4 :
Le tableau suivant donne la projection des efforts des trois satellites dans le repère repère ( (les vecteurs sont en gras)
Fa : force axial Ft : force tangentielle Fr : force radiale
Satellite 1
Satellite2
Satellite3
-Fa X Ft X Fr X
-Fa X -Ft COS(30) Z + Ft SIN(30) Y Fr SIN(30) Z + Fr COS(30) Y
-Fa X -Ft COS(60) Z +Fr COS(60) Z
Ramenant les torseurs des trois satellites au point D (centre de la roue 4) : Pour le satellite 1 :
| |
Le torseur de ce satellite dans le point D1 est :
Donc le torseur au point D s’écrit :
Pour le satellite2 :
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Pour le satellite 3 : De même le torseur des efforts appliqués par le satellite 3 sur l’arbre s’écrit en D :
√ √ √ √
Donc le torseur des efforts des trois sa s a tellites s’écrit en D :
Calculons le torseur de cohésion :
|
Entre D et A :
Le torseur de cohésion en G est :
| |
Entre A et B le torseur de cohésion en G est :
Donc l’arbre est sollicité en torsion : Et pour qu’il résiste il faut que : Avec
τ max
Tad
τ max= * : contrainte maximale à la torsion. (I=
couple nominale)
S=5 : coefficient de sécurité
, c = 3*cn = 3*5,03 Nm ; avec
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5- Dimensionne Dimensionnement ment de l’arbre sattelite : Les efforts appliqués sur l’arbre :
M1 d=20
3
f=20
e=60
E 1
A
B
M M2
NOTATION : -Le matériau utilisé est un acier S235 -ri indique le le rayon de la roue(i). roue(i).
| | |
Le torseur des efforts de de la roue 0 sur la roue roue 1 en E :
Le torseur des efforts de la roue 2 sur 3en M1 :
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Le torseur des efforts de la roue 4 sur 3 en M2 :
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Ft4= Et
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=202.82N
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=
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Fa4= Ft4*tg(15)=54.34N
Ft2=
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=
Fr
=2876.8N Fa2=770.85N
Calculons les inconnus par le PFS : En ramène tous les torseurs au point M
| | | | On a donc
{
On a un système hyperstatique : XA+XB=59,14N
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Pour le résoudre on procède par le calcul des efforts induits des roulements (voir le dimen des roulements de cet arbre).
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| =
=
Partie3 75
) | ( =
=
Le point critique : D’aprés le torseur de cohésion :
√
On applique le critère de Von Mises :
≤ (Re/s)
, (I=
Avec :
)
(on néglige l’effet de la tracti
Et
I=
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Donc on obtient :
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6-Dimensionnement 6Dimensionnement des roulements : 6-1- Guidage en rotation par roulements à bille à contact oblique :
Ce type de supporte des charges radiale axiale relativement importantes, et aussi il exige
coaxialité des arbres et des logements. Dans notre cas ce type de roulement est adapté à notre On impose L10h=15000h, d=25mm, N=2500tr/min.
Roulements 1 : modélisation
20
A
80
(1)
(2)
B
C
| |
{T1-----arbre}/A=
{Rlt2----arbre}/C=
Cm D
| |
{Rlt1----arbre}/B=
{T2----arbre}/D=
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On écrit les torseurs au même point A, et après l’application du PFS
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Les efforts radiaux sont nulles donc on va prendre Y maximum pour le calcul de P
P=0.57*Fa
Fa’=Ft*
Ft=
avec
β=15°
Fa’= 54.24N
Fa=Fa’*3=162.72
Avec
donc P=0.57*162.72= 92.75
C=P*L^1/3 on calcul la charge dynamique.
On trouve
C=1397.14N
On utilisant le catalogue, pour d=25mm :
C=10700N
Vérification du choix de roulement : On sait que :
L10h= ((C/P)^ )* (10^6/60*N) L10h=89787h > L10h (imposé par le cahier des charges). Donc le choix est vérifié.
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6-2- Roulement du tambour : On n’impose dans le cahier de charges de système une durée de vie : L10h=20000h.
On choisit des roulements rigides à une rangée de bille. On isole le tambour et on fait le bilan des de s forces :
Tambou
Ft
Fa
Fr
F
Modélisation :
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60
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Z
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Les torseurs aux point B et C des liaisons :
| |
{Rlt1----}/C=
{Rlt2---}/B=
{Rlt1---}/A=
{Rlt2---}/A=
On applique le PFS
Et
Calcul de Fa/Fr :
Donc
| |
On ramène tous les torseurs au point A :
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D’après le catalogue on
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P=X*Fr +Y*Fa avec X=1 et Y=0
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L10h=(C/P)^3*(10^6/60*N) AN :
L10h=21358.27>L10h(imposé par le cahier des charges )
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6-3- Roulements pour arbres satellites : Modélisation :
Guidage en rotation de l’arbre satellite par de s roulements à rouleaux con
Ce type de roulement supporte des charges axiales et radiales importantes, donc il est ad
notre système.de plus on a choisi un montage en O pour des raisons ra isons de montage et des ef appliquée. Donnée de calcul : d=30mm, N=2850 tr/min, Y1=1.9, e1=0.31, C1=76500. Y2=1.7, e2=0.35, C2=64400. On n’impose dans le cahier de charges de système une durée de vie : L10h=20000h
3
20
60
Arbre 3
A
E B
C
1
{Rlt1----arbre}/B=
Z
P
X
D
|
{Rlt2----arbre}/C=
|
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Le Torseur T3 des efforts au point P :
| |
{T3---- -}/p=
Le torseur T1 des efforts au point P :
{T1----}/P=
Les torseurs des roulements au point P :
|
{Rlt1----arbre}/P=
{Rlt2----arbre}/P=
On applique le PFS :
{
Et
Donc :
Fr1=5628.65N
et
On a Donc
=1481.22N
{
Fr2=4960.14N
On calcul les efforts induites : Fai1=
|
Fai2=
=1458.86N
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Fa1=1518N
Et
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Fa2=1458.86N
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Choix de coussinet :
Le diamètre de l’arbre d=30mm. On choisit un coussinet autolubrifiant à collerette sta
Reference : FP15 . En se référant au catalogue proposé dans «Memotech-productique-
et dessin»
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7- Détermination de l’épaisseur du Tambour :
Pour dimensionner le Tambour (son épaisseur) on va se baser sur l’étude de la résista matériau (RDM) :
On considère le Tambour comme étant une poutre dont le pro filé est un cercle creux. On a choisi le matériaux : Acier S180
Z C
B
X
A
Rx Ry
a
b
Sectio
-
Le point A : A : le Torseur des efforts appliqué par la charge soulevée. Le Point B : B : le centre du train épicycloïdal On doit calculer le torseur des efforts dans ce point.
Calcul du torseur des efforts dans le point A :
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Calcul du torseur des efforts dans le point A :
Z
A’
α Y
B
C’
B’
: Les efforts Tangentiels Ft. : Les efforts Radiales Fr. : Les efforts Axiales Fa.
Avec :
α= 60°
>> Le torseur des efforts en point A’ :
en point B :
|
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En point B point B : :
2
+
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√ √ {
>> Le torseur des efforts en point C’ :
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} √ √ { √ } |
3
Calcul du torseur des efforts dans dan s le point A : Z C
B
X
A
Rx Ry
a
b
Sectio
X Є [CB] :
Le torseur de cohésion est :
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On sait que :
Ϯmax =
Dext = 243
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Etudions la Torsion :
On a comme données :
Calcul Puissance Moteur
R=121.5 et t = e = R-r
F = 0,6 x 10 000 = 6000 A= π.( (r+R)/2)²
Reg = Donc pour : On trouve :
= 150
1.02 r² - 116.5 r +295.2 = 0
Ce qui donne : r= 118,5 118,5 mm = R- r = 121,5 121,5 – 118,5
Finalement la condition sur e par torsion est :
e1> 3 mm
Etudions la Flexion :
On sait que : On a comme données :
σmax =
Dext = 243
et
r=121.5
< Rpeg
Ɩ = a + b = 250
F = 0,6 x 10 000 = 6000 N
Avec : Et :
I=
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Rpeg =
= 150
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On sait que :
Dext = 243
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Etudions la traction :
On a comme données :
Calcul Puissance Moteur
σmax =
< Rpeg
r=121.5
F = 0,6 x 10 000 = 6000 N
Avec :
S=
Et :
Rpeg =
= 150
Finalement la condition sur l’épaisseur par traction est :
e3 > 0.1 mm
Détermination de l’épaisseur du tambour:
Par calcul RDM on a conclu que notre tambour sera sous forme d’une tôle cylindrique don
qui est la différence entre le Diamètre extérieure (donné) et le diamètre intérieure supérie faible :
e < e1, e2, e3
Donc
e=
> 3 mm Sign up to vote on this title
Mais pour des raisons du cout et de facilité de la fabricationUseful et de disponibilité sur le marc Not useful
prendra :
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8-Détermination 8Détermination du matériau du câble :
Calcul de la contrainte maximale :
Le câble est soumis à un effort de traction appliqué par la charge. Donc on tout point du câble le torseur de cohésion sera :
|
Pour que le câble résiste toujours à cet effort de traction il faut que sa contrainte c ontrainte soit inférieure à sa limite Rpe , C’est -à-dire : σmax =
On a :
< Rpe = Re/s
σmax = 166 MPa Alors il faut qu’on choisit un matériau qui a une limite supérieure à 16 6 MPa.
Choix du matériaux du câble : On choisit le matériau suivant :
Nuance S 185
Acier d’usage général R (min) Re (min) Sign up to vote on this title 290 185
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9-Dimensionnement 9Dimensionnement Des Vis:
Dimensionnement des vis Couvercle-Tambour :
On fixe fixe le Vis : M8 Classe Classe 8-8 , Avec montage à sec. o
Estimation du nombre des vis :
On a :
Z>
Donc on prend :
=
= 21.58
Z = 22
o
Calcul de la précharge :
F0 > Fe + Te/tanρ
Fa = 769 N
Fe = Fa/22 = 34.95 N (Par Boulon)
Ft = 2872.9 N
Te = Ft/22 = 130.58 N (Par Boulon)
F0 > 34.95 + 130.58/0..1 = 1340.8 N Et donc d’après le tableau dans les Annexes on a : Cs = 12.7 N.m F0min = 4570 N F0max = 13710Sign N up to vote on this title
o
Vérification de la tenue mécanique :
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La Condition est bien vérifiée.
Vérification de la tenue au matage :
Il faut que :
P < Padm
On a : P =
Donc
avec :
avec Padm = 210 MPa
P = 166.18 MPa < 210 MPa
La Condition est bien vérifiée.
Pour le dessin les dimensions des vis sont obtenues par les tableaux en Annexe
Dimensionnement des vis Couronne-Tambour :
On fixe fixe le Vis : M8 Classe Classe 8-8 , Avec montage à sec. o
Estimation du nombre des vis :
On a :
Z>
Donc on prend :
=
= 19.93
Z = 20
Pour l’étude des autres paramètres, l’étude précédente est suffisante puisque
identiques et sollicité par les mêmes résultantes.
Dimensionnement des vis Alésage-Carter :
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On fixe fixe le Vis : M8 Classe Classe 8-8 , Avec montage à sec. o
Estimation du nombre des vis :
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10-Choix des Circlips:
Le diamètre de l’arbre moteur est 25mm, et le diamètre de l’arbre satellite est égale à 30m
des circlips qui feront l’arrêt axiale des roulements est fait en se référant au catalogue pro
«le guide de dessinateur »
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Conclusion
Le palan
électrique est un appareil appareil de levage suspendu, utilisée utilisée pour le déplacement
horizontale des charges variées .C’est un équipement très très utile et fort répondu dans dans le secteur
sa puissance et son efficacité et son faible cout. Mais les charges transportés ne doivent pas
charge critique. Aussi il faut que le système travaille en assurant la sécurité des biens et des au
pas avoir des risques. C’est pour cela notre étude était concentrée sur le dimensionnemen
critiques de notre notre système. système.
Cette étude nous a permis d’appliqué toutes nos connaissances. Et d’approfondir dans l’
basant sur les règle de dimensionnement et d’appliquée les méthodes de calcules
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