gem 08802258
TRANSCRIPT
-
SOMMAIRE
Introduction gnrale
Cahier des charges...................................................................................................... 11
CHAPITRE 1: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ...................................................... 12
1. Introduction...................................................................................................13
2. Les Finitions...................................................................................................13
2.1. Les finitions organiques ............................................................................ 13
2.2. Les finitions filmognes ............................................................................ 13
2.2.1. Les finitions finigard .......................................................................... 13
2.2.2. Les types de FINIGARD .................................................................... 14
3. Cycle suivi par les pices traiter par le FINIGARD................................14
4. Paramtres du procd de traitement par le FINIGARD.........................16
4.1. La forme des pices ................................................................................... 16
4.2. La quantit de pices traiter au cours dun cycle ............................... 16
4.3. Autres paramtres .................................................................................... 16
5. Principe du revtement organo-minrale FINIGARD..............................17
6. Etat de surface requis ...................................................................................17
7. Les bains de finition organo-minrale FINIGARD 401 GU-F .................17
7.1. Matriau de la cuve .................................................................................. 17
7.2. Constitution du bain ou cuve de traitement organo-minrale ............. 18
7.3. Contrle de la cuve .................................................................................. 18
8. Conclusion......................................................................................................19
CHAPITRE 2: SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES............................................. 20
1.Introduction..........................................................................................................21
2.Les techniques alternatives de la finition organo-minrale ............................21
2.1. Procd au tonneau ou en vrac ............................................................... 21
-
2.2. Procd lattache ................................................................................... 22
2.3. Traitement par pulvrisation .................................................................. 24
3. Analyse fonctionnelle ...................................................................................25
4. Diagramme FAST ........................................................................................26
5. Description de la solution choisie pour la machine de traitement organo-
minrale ...............................................................................................................................28
5.1. Fonctionnement de la machine ............................................................... 28
5.2. Schma cinmatique ................................................................................ 29
5.3. Choix et description des diffrents systmes de la machine de
traitement organo-minrale .......................................................................................... 30
5.3.1. Systme de manutention ................................................................... 30
5.3.2. Systme de rotation du panier .......................................................... 33
5.3.3. Systme de chauffage ........................................................................ 39
5.3.4. Systme dagitation ........................................................................... 40
6. Conclusion .....................................................................................................42
CHAPITRE 3 : CALCUL ET DIMENSIONNEMENT ......................................... 43
1. Introduction ..................................................................................................44
2. Dimensionnement des vrins pneumatiques ..............................................44
2.1. Vrins de manutention ............................................................................ 44
2.1.1. Calcul du diamtre dalsage du vrin ........................................... 44
2.1.2. Calcul du taux de charge corrig ..................................................... 46
2.1.3. Calcul de leffort dynamique lentre de la tige du vrin ........... 46
2.1.4. Calcul de leffort thorique du vrin la sortie de la tige ............ 46
2.1.5. Calcul de la dure de vie des joints .................................................. 47
2.1.6. Vrification de la rsistance de la tige au flambage ....................... 47
2.1.7. Dtermination de la vitesse de dplacement ................................... 47
2.1.8. Calcul du dbit dair ......................................................................... 48
2.1.9. Les amortisseurs ................................................................................ 48
2.1.10. Calcul du diamtre de laxe de pivotement ................................... 49
2.2. Vrin dinclinaison ................................................................................... 51
-
2.2.1. Calcul du diamtre dalsage du vrin ........................................... 51
2.2.2. Calcul du taux de charge corrig ..................................................... 51
2.2.3. Calcul de leffort dynamique lentre de la tige du vrin ........... 52
2.2.4. Calcul de leffort thorique du vrin la sortie de la tige ............ 52
2.2.5. Calcul de la dure de vie des joints .................................................. 52
2.2.6. Vrification de la rsistance de la tige au flambage ....................... 52
2.2.7. Dtermination de la vitesse de dplacement ................................... 53
2.2.8. Calcul du dbit dair : ........................................................................ 53
2.2.9. Choix de la rotule et du systme de fixation du vrin .................... 53
2.2.10. Calcul du diamtre de laxe de la rotule ........................................ 54
3. Dimensionnement de lunit de guidage .....................................................56
4. Calcul de la puissance du moteur-rducteur..............................................57
5. Calcul des engrenages...................................................................................58
5.1. Calcul du module ..................................................................................... 58
5.2. Caractristiques des roues denture droite normale ( = 20 ) .......... 59
5.3. Calcul de la clavette ................................................................................. 60
6. Paliers de guidage en rotation .....................................................................61
6.1. Les coussinets ........................................................................................... 61
6.2. Rsultats de lemploi des coussinets ........................................................ 62
6.3. Les roulements ......................................................................................... 63
7. Calcul de la puissance des rsistances chauffantes ....................................65
7.1. Bilan dnergie ......................................................................................... 65
7.2. Puissance des rsistances chauffantes .................................................... 65
8. Calcul dagitation .........................................................................................66
8.1. Calcul de la puissance du moteur rducteur dagitation ..................... 66
8.2. Calcul du diamtre de larbre dagitation ............................................. 66
8.2.1. Calcul de larbre en torsion .............................................................. 66
8.2.2. Calcul de larbre en flexion ............................................................... 67
9. Calcul par lments finis ..............................................................................67
-
9.1. Rsistance de la structure de la cuve ...................................................... 67
9.2. Rsistance du support .............................................................................. 69
CHAPITRE 4 : COMMANDE DE LA MACHINE ................................................ 71
1. Introduction ..................................................................................................72
2. Description du systme ................................................................................72
3. Organes dautomatisation ...........................................................................74
3.1. Capteur de position .................................................................................. 74
3.2. Les distributeurs ...................................................................................... 74
3.3. Contacteur ................................................................................................ 74
4. La commande semi automatique de la machine .........................................74
4.1. Circuit du moteur lectrique .................................................................. 74
4.2. Circuit du moteur lectrique dagitation ............................................... 76
Circuit de commande ......................................................................................... 76
4.3. Circuit des rsistances chauffantes ........................................................ 77
4.4. Schma pneumatique des vrins pneumatiques de manutention ......... 79
4.5. Circuit de commande du vrin pneumatique dinclinaison ................. 80
4.6. Armoire lectrique : .................................................................................. 81
5. Solution Automate Programmable industriel ............................................81
6. Conclusion .....................................................................................................82
CHAPITRE 5 REALISATION ET ETUDE ECONOMIQUE ............................. 83
1. Introduction ..................................................................................................84
2. Fabrication de la cuve...................................................................................84
3. Fabrication du support de la charge............................................................87
4. Montage de la machine ................................................................................88
4.1. Montage du guidage linaire ................................................................... 88
4.2. Montage du support du panier: ............................................................... 88
5. Etude conomique ........................................................................................88
-
5.1. Cot de la matire premire ................................................................... 89
5.2. Cot de la fourniture ............................................................................... 89
5.3. Cot de la sous-traitance ......................................................................... 90
5.4. Cot global de la machine ....................................................................... 91
6. Conclusion .....................................................................................................91
-
Liste des figures
Figure 1.1: Pices traites ........................................................................................... 15
Figure 1.2: Cycle suivi par une pice traiter.............................................................16
Figure 2.1: Procd au tonneau...................................................................................21
Figure 2.2: Procd lattache sur des balancelles.....................................................22
Figure 2.3: Procd lattache par des supports.........................................................23
Figure 2.4: Exemples de pices traites par le procd lattache..............................23
Figure 2.5 traitement par pulvrisation ..................................................................... 24
Figure 2.6: Actigramme A-0.........................................................................................25
Figure 2.7: Graphe d''association................................................................................ 26
Figure 2.8: Diagramme FAST...................................................................................... 27
Figure 2.9: Le panier.................................................................................................... 28
Figure 2.10: Schma cinmatique de la machine.........................................................29
Figure 2.11: Systme de guidage par galets................................................................. 32
Figure 2.12:Guidage linaire par douilles billes.......................................................32
Figure 2.13:Douilles billes ....................................................................................... 33
Figure 2.14:Engrenages dentures droites..................................................................33
Figure 2.15: Absorption dhumidit (%) saturation dans leau.................................35
Figure 2.16: Eprouvette de traction..............................................................................36
Figure 2.17: Courbe de traction du 1er
essai................................................................ 37
Figure 2.18:Courbe de traction du 2me essai.............................................................37
Figure 2.19: Courbe de traction du 3me essai........................................................... 38
Figure 2.20: Courbe contrainte en fonction de la dformation....................................38
Figure 2.21: Rsistances lectriques blindes (sans ou avec ailettes)..........................39
Figure 2.22:Types d'agitateurs.....................................................................................40
Figure 2.23:Machine de traitement organo-minrale...................................................41
Figure 3.1:Vrin pneumatique...................................................................................... 45
Figure 3.2:Symbole vrin double effet avec amortisseur pneumatique........................ 48
Figure 3.3:Principe de l'amortissement pneumatique.................................................. 48
Figure 3.4:Modlisation du support ............................................................................ 53
Figure 3.5:Rsultat de la raction du support.............................................................. 54
Figure 3.6:Unit de guidage linaire............................................................................56
-
Figure 3.7:Clavette force... 59
Figure 3.8:Types de coussinets... 60
Figure 3.9:Montage d'un coussinet 61
Figure 4.1:GRAFCET de la partie commande... 72
Figure 4.2:Circuit de puissance du moteur lectrique... 74
Figure 4.3: Circuit de commande du moteur lectrique.74
Figure 4.4: Circuit de puissance du moteur d'agitation.75
Figure 4.5 : Circuit de commande du moteur d'agitation..76
Figure 4.6: Circuit de puissance des rsistances lectriques ...76
Figure 4.7: Circuit de commande des rsistances lectriques.. 77
Figure 4.8:Schma pneumatique des vrins de manutention... .78
Figure 4.9: Schma pneumatique du vrin d'inclinaison....79
Figure 4.10:Armoire lectrique.. 80
Figure 5.1 : Dcoupage par presse ... 83
Figure 5.2:Dcoupage avec plasma...84
Figure 5.3:Pliage sur presse plieuse..85
Figure 5.4:Presse plieuse. 85
Figure 5.5 : La cuve 86
Figure 5.6: Le support ................................................................................................. 87
-
Liste des tableaux
Tableau 1: Mesure de lexprience ............................................................................. 36
Tableau 2: Calcul de leffort dynamique des vrins ................................................... 45
Tableau 3: Calcul du diamtre dalsage de la tige des vrins de manutention.......... 45
Tableau 4 : Calcul du taux de charge corrig.............................................................. 46
Tableau 5: Paramtres de la rsistance de la tige ....................................................... 47
Tableau 6: Rsistance au cisaillement de laxe de pivotement ................................... 50
Tableau 7: Calcul diamtre du vrin dinclinaison ..................................................... 51
Tableau 8: Taux de charge du vrin dinclinaison ...................................................... 52
Tableau 9: Paramtres de calcul.................................................................................. 53
Tableau 10: Calcul diamtre de laxe de la rotule ...................................................... 55
Tableau 11: Calcul de la puissance du moteur ............................................................ 58
Tableau 12: Calcul du module dengrnement ........................................................... 59
Tableau 13: Caractristiques des roues ....................................................................... 60
Tableau 14: Dimensionnement de la clavette ............................................................. 60
Tableau 15: Dimensionnement des coussinets............................................................ 62
Tableau 16: Dure du roulement..................................................................................62
Tableau 17: Calcul de la charge dynamique du roulement en position verticale.........63
Tableau 18: Calcul de la charge dynamique du roulement en position incline..........63
Tableau 19: Les capteurs..............................................................................................71
Tableau 20: Les actionneurs.........................................................................................71
Tableau 21: Cot de la matire premire..................................................................88
Tableau 22: Cot du matriel pneumatique.88
Tableau 23: Cot du matriel lectrique..89
Tableau 24: Cot des accessoires.89
Tableau 25: Cot de la sous-traitance..89
Tableau 26: Cot global de la machine90
-
Introduction gnrale
Le traitement de surface est un procd appliqu des pices pour confrer leur
surface une proprit particulire tout en conservant les proprits propres au matriau de
base.
Le traitement de surface passe par des oprations de nature physique, chimique ou
lectrochimique en vue dobtenir une protection contre la corrosion, une amlioration des
caractres physiques ou une amlioration daspect. Les traitements anticorrosion sont les plus
frquemment effectus. Les domaines dapplication du procd sont essentiellement
lautomobile, la cosmtique et llectronique.
Vu que les exigences des domaines dapplication sont de plus en plus svres, les
technologies de traitement de surface sont en dveloppement constant assur par
loptimisation des outils de production et lamlioration des conditions de travail.
Lautomatisation des moyens de production sont fortement demand pour minimiser le temps
de production.
Dans ce cadre la socit SKG, spcialise dans le domaine de chromage et de
traitement de surface des pices mcanique, a propos au Dpartement Mcanique de lENIS
un projet de fin dtudes qui consiste la conception, ltude et la ralisation dune machine
destine lapplication de la finition organo-minrale sur des pices mcaniques. Cest le
sujet de ce prsent travail.
Lopration de traitement de surface considre dans ce travail se fait actuellement
dune faon manuelle. Elle consiste rcuprer un ensemble de pices de masse de 50 kg, les
mettre dans un panier perfor et les plonger dans un bain de FINIGARD pendant un faible
temps allant de 30s 1 min. Loprateur fait agiter le panier dans le bain pour sassurer que
toute la surface de chaque pice est attaque par le FINIGARD. Il dgage par la suite le panier
du bain et il essaye de le basculer droite et gauche pour faire couler lexcs de
FINIGARD. Ce traitement est suivi dune opration de schage qui consiste enfermer un
panier contenant les pices, dans une machine et lentrainer en rotation tout en soufflant de
lair par une pompe centrifuge. Lobjectif de ce prsent travail consiste la ralisation dune
machine qui automatise lopration de traitement et qui garantie une qualit dsire.
-
Pour rpondre ce besoin et raliser une nouvelle machine, plusieurs tapes sont
ncessaires. Dans ce prsent manuscrit on prsente lessentiel de ces tapes. On a donc cinq
chapitres :
Un premier chapitre qui rsume une tude bibliographique sur le procd de traitement
sujet de ce prsent travail.
Un second chapitre est destin la proposition et au choix des solutions
technologiques ncessaires pour la machine raliser.
Un troisime chapitre donnant lessentiel des tapes de dimensionnement des
diffrents organes de la machine.
Un quatrime chapitre prsentant la commande de la machine, le cblage lectrique et
pneumatique des diffrents composants.
Un cinquime chapitre dcrivant les tapes de la ralisation et donnant le cot de la
machine. Le rapport est achev par une conclusion gnrale.
-
Cahier des charges
Prsentation de lentreprise :
SKG
Socit Krichen Galvanoplastie
Route de laroport Km 4.5 BP92 Cit el Bahri 3064
Sfax - Tunisie
Projet :
Etude, conception et ralisation dune machine de traitement organo- minrale sur des
pices en vrac.
Dfinition de lobjectif du projet :
Traitement de surface par application du FINIGARD de faon homogne sur des
pices de formes et gomtries variables.
Ce travail seffectue linstant manuellement. Notre projet aboutira donc une
amlioration des conditions de travail dune part, et permettra un gain de temps de production
dautre part.
Description de la solution :
Caractristiques fonctionnelles :
Capacit de chargement : 50 Kg
Nombre de tour du panier : 4 10 rglable
Volume du panier : 0.055 m 3
Encombrement : 1384 x 1355 x 2100 (L x l x H)
-
CHAPITRE 1
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 13 ] ENIS SKG
1. Introduction
Chaque type de finition concerne un ou divers domaines bien spcifis tel que la
finition dans le domaine dusinage, la peinture, les traitements thermiques, les traitements de
surface...
La diversit de domaines des oprations de finition donne naissance plusieurs
procds. Ces procds sont varis allant de lutilisation des citernes aboutissant un travail
unitaire, concernant des ensembles de grandes dimensions, jusqu traitement de pices de
petite taille en vrac.
On sintresse dans ce projet, au domaine de traitement de surface des pices
mcaniques de faibles dimensions par procd en vrac.
2. Les Finitions
Le rle des finitions est dajouter des proprits particulires aux traitements de base
afin de sadapter prcisment aux besoins. Les types de finition sont :
2.1. Les finitions organiques :
Les finitions organiques sont des sortes de peintures appliques en vrac par immersion
sur les pices. De trs faible paisseur, elles permettent soit de peindre de petites pices (vis,
ressort..), soit de leur apporter des caractristiques techniques supplmentaires. Parmi les
produits de finition organique : le TECHSEAL et le MAGNI B18.
2.2. Les finitions filmognes [1] [2]
Les produits filmognes sapparentent des vernis. Les produits sappliquent aprs le
zingage + passivation par immersion puis schage, leur principe tant de crer une couche
superficielle protectrice supplmentaire colmatant les pores de la passivation.
Parmi les finitions filmognes, on trouve lapplication du FINIGARD.
2.2.1. Les finitions finigard
Les finitions finigard sont des finitions minrales et organo-minrales appels aussi
top-coat. Elles sont conues pour protger les passivations sur zinc et zinc alli. La protection
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 14 ] ENIS SKG
confre aux pices revtues une protection active contre la corrosion mme aprs choc
thermique 120C.
Cette finition est dveloppe pour rpondre aux exigences les plus leve de tenue la
corrosion de lindustrie automobile et lindustrie de btiment.
Certaines finitions permettent une maitrise parfaite des coefficients de frottement pour
les pices filetes. Elles sont exemptes de chrome hexavalent (Chrome6 ou Cr6) et de
composs dangereux pour lenvironnement.
Le FINIGARD existe sous diffrents types :
2.2.2. Les types de FINIGARD
Similarit Diffrence
Finigard 105 vernis de renforcement
filmogne apportant
amlioration de la tenue au
brouillard salin.
rsistance du revtement au
choc thermique.
Amlioration du coefficient
de frottement (0.12 0.18).
Finigard 200 Conversion du chrome
hexavalent en trivalent.
Ce vernis, dcolorant la
passivation bichromate
permet dobtenir un zingage
blanc haute tenue.
Finigard 401 GU-F Protection du zinc chromat
contre la corrosion.
On sintresse dans ce prsent travail ce type de traitement FINIGARD 401 GU-F.
3. Cycle suivi par les pices traiter par le FINIGARD
Lapplication du FINIGARD 401 GU-F est destine protger le zinc chromat contre
la corrosion, sous diffrentes atmosphres ou lorsquil est soumis un environnement hostile;
par exemple dans le compartiment moteur ou lextrieur dun vhicule automobile.
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 15 ] ENIS SKG
Les pices traiter sont des pices appartenant gnralement au secteur automobile,
de forme variables de masse maximale m=100g et se prsente en vrac. La figure 1.1 prsente
un exemple de ces pices.
Figure 1.1: Pices traites
Une pice ayant subi un traitement de zingage, doit tre obligatoirement trait par le
FINIGARD.
La figure 1.2 prsente le cycle suivi par une pice du brut au traitement par le
FINGARD.
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 16 ] ENIS SKG
Figure 1.2: Cycle suivi par une pice traiter
4. Paramtres du procd de traitement par le
FINIGARD
Le choix du procd de traitement dpend de plusieurs paramtres :
4.1. La forme des pices
La forme des pices intervient dans le choix du procd dapplication du FINIGARD
par :
la sensibilit des pices de faible paisseur au choc,
la complexit gomtrique des pices favorise un procd un autre,
les dimensions des pices liminent lutilisation de certains procds.
4.2. La quantit de pices traiter au cours dun cycle
Comme les pices traiter suit un cycle bien dtermin, alors leur quantit guide
ce choix afin dobtenir le stockage intermdiaire minimum.
4.3. Autres paramtres
le temps de cycle (y compris le schage aprs revtement),
les prescriptions rglementaires dans les domaines de la protection
des travailleurs et de l'environnement.
Pices
brutes
Pices
finies
Traitement
organo-minrale
Schage des
pices
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 17 ] ENIS SKG
5. Principe du revtement organo-minrale FINIGARD [3]
Le revtement organo-minrale comporte :
Des POLYSILICIDES infiniment petits (de diamtre infrieur au centime de
micron) qui renforcent et prservent les fonctions protectrices de la couche.
Des POLYMERES ORGANIQUES qui assurent la cohsion du revtement et
par ailleurs lui confrent un faible coefficient de frottement.
Des INHIBITEURS de corrosion du zinc, qui sont fixs par les polysilicides.
Lors de lattaque du zinc par les ions chlorures ou les acides, les inhibiteurs sont
librs, les agresseurs sont bloqus leur tour par les mmes polysilicides qui neutralisent
ainsi leur action.
Cest le principe de la protection active.
6. Etat de surface requis
Le FINIGARD 401 GU-F rpond aux impratifs les plus exigeants de lindustrie
automobile. Ltat de surface aprs traitement est caractrise par :
Ductilit : sans fissure au pliage
Excellente matrise du coefficient de frottement
Absence de goutte aprs schage
Bonne rsistances aux UV
7. Les bains de finition organo-minrale FINIGARD 401
GU-F [3]
7.1. Matriau de la cuve
Les cuves, pompes, filtres en contact avec FINIGARD doivent rsister aux solutions
alcalines oxydantes.
Les cuves peuvent donc tre fabriques en :
Matriaux plastiques tels que le polypropylne ou le PVC
Acier inoxydables
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 18 ] ENIS SKG
- Les aciers inoxydables ferritiques : ils comportement environ 12 20 % de
chrome (qui est le cause de leur bonne rsistance aux agents oxydants). Ils ont une
rsistance faible et ont aussi une tendance se corroder (rouille rouge).
- Les aciers inoxydables martensitiques : ils prsentent une concentration en
chrome voisine des ferritiques. Leurs performances mcaniques sont leves mais ils
ne rsistent pas lagression de tous les milieux. Ils ont des teneurs de chrome de 17
ou de 18% et contiennent dautres proportions dautres mtaux (surtout du nickel)
qui leur confrent la stabilit de ltat austnitique toutes tempratures. Ils
comportent peu de carbone mais ont dautres lments daddition comme le
molybdne ou le titane qui amliorent leur tenue la corrosion.
7.2. Constitution du bain ou cuve de traitement organo-
minrale
Le respect dordre dincorporation des constituants est impratif.
Le FINIGARD 401 GU-F doit tre introduit comme premier constituant dans une cuve
parfaitement propre raison de 350 500 ml/L et on complte au niveau dsir par addition
deau de ville 20C en maintenant lensemble sous agitation.
7.3. Contrle de la cuve
Le contrle de la cuve se fait par la surveillance et le maintien des six paramtres
suivants :
Le Ph :
Le pH de la suspension doit tre gal 9 avec une tolrance de 0.5.
Le pH de la suspension ne doit en aucun cas tre infrieur 8.5.Pour toute correction de pH, il
est impratif dutiliser le produit de montage.
La temprature
Elle modifie les caractristiques de fluidit de la suspension. Do la ncessit de son
ajustement.
Le temps de contact : 20 40 secondes.
Lagitation :
Ce facteur est essentiel. Le maintien de lagitation en permanence garantit la stabilit du
systme.
-
Chapitre 1 : Etude bibliographique
[ 19 ] ENIS SKG
Entretien :
Maintien de la densit du bain 1027 kg/m3 minimum 20 C par addition rgulire de
FINIGARD 401 GU-F.
La consommation par m trait dpend de lentranement de solution hors de la cuve ; on
estime gnralement entre 0.1 L et 0.3L le volume de solution entrane par m.
Filtration :
La filtration du bain sur poche de 80 150 m de porosit est imprative.
8. Conclusion
A partir de cette tude bibliographique, nous avons pass en revue les diffrents types
de finitions, en particulier le traitement organo-minrale FINIGARD, et les caractristiques
que prsente ce traitement dautant plus sur les pices traiter que sur son mode opratoire.
Plus prcisment nous avons focalis dans le second chapitre notre attention sur les
procds de traitement du FINIGARD.
-
CHAPITRE 2
SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 21 ] ENIS SKG
1. Introduction
La conception de la machine de traitement organo-minrale ncessite ltude des
diffrentes solutions technologiques afin de choisir la meilleure solution. Dans ce chapitre, on
prsente les diffrentes solutions proposes. Lanalyse fonctionnelle de la solution
technologique adopte est galement dtaille.
Les solutions technologiques dapplication de la finition organo-minrale sont
multiples.
2. Les techniques alternatives de la finition organo-
minrale FINIGARD 401 GU-F
2.1. Procd au tonneau ou en vrac
Sur la figure 2.1 est prsente la premire solution propose. Dans ce cas, les pices
sont introduites dans un tonneau qui sera plong dans un bain de FINIGARD. Le tonneau
est anim dun mouvement de translation par rapport au bti assur par une transmission
par chane et dun mouvement de rotation sur lui-mme par une transmission par engrenages.
Figure 2.1 : Procd au tonneau
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 22 ] ENIS SKG
Cette solution prsente les avantages suivants
Gain de temps de production (temps de vidange et remplissage des pices
pour changer la poste de traitement)
Application adapte pour les pices de formes et de dimensions variables et
en grande capacit.
Toutefois, les inconvnients que prsente cette solution sont les suivants :
Le risque de dformation est prendre en considration surtout pour des
pices de trs faible paisseur.
La complexit gomtrique des pices rduit lutilisation de ce procd.
2.2. Procd lattache
Ce procd consiste attacher les pices sur des supports ayant des accroches
de formes convenables.
Il existe divers types daccrochage :
Les pices, fixes sur des balancelles rondes, sont plonges dans une cuve
de FINIGARD. Une fois sorties, les balancelles tournent sur elles mmes afin d'liminer
les excs de FINIGARD sur les pices par voie de centrifugation.
Figure 2.2: Procd lattache sur des balancelles
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 23 ] ENIS SKG
Les supports forment une grille prsentant des accroches. Lapplication
du FINIGARD est assure par introduction des supports dans une cuve contenant le
produit.
Figure 2.3: Procd lattache par des supports
En discutant ce procd, les pices traites ont la particularit davoir une gomtrie
adaptable laccrochage. La figure 2.4 prsente des exemples de ces pices.
Figure 2.4: Exemples de pices traites par le procd lattache
Les avantages que prsente ce procd sont :
Bon aspect et tat de surface,
Absence de chocs,
Permet de traiter des pices longues ou des pices de formes tubulaires creuses.
Les inconvnients prsents sont :
Importance du temps daccrochage,
Ncessit de modification des supports par cause de variation des accroches
selon la forme des pices traiter.
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 24 ] ENIS SKG
2.3. Traitement par pulvrisation
Sur la figure 2.5 est prsente une autre solution technologique de traitement de
finigard. Cette solution consiste pulvriser sous pression travers des buses le FINIGARD
sur les pices traiter. Pour assurer une bonne finition sur toutes les surfaces, les pices
doivent se trouver sur un plateau tournant anim dun mouvement de rotation par rapport au
bti. La pression du produit est assure par une pompe entraine par un moteur lectrique. La
protection de la pompe et de linstallation hydraulique contre laugmentation brusque de
pression est assure par un limiteur de pression.
Figure 2.5 : traitement par pulvrisation
Les avantages de cette solution sont :
encombrement minimal de la machine,
traitement satisfaisant des pices, ce type d'application confre un aspect
exceptionnel aux pices traites, n'engendre aucun mouvement ou choc.
fonctionnement simple de la machine.
Toutefois, les inconvnients que prsente cette solution sont les suivants :
cot lev
utilisation dune pompe de grande puissance.
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 25 ] ENIS SKG
3. Analyse fonctionnelle
La fonction principale de la machine est lapplication dune couche de finition
FINIGARD .
Lactigramme correspondant au systme global de la machine est lactigramme A-0
Figure 2.6: Actigramme A-0
Pour assurer un tel fonctionnement, on doit fournir diffrentes formes dnergies telles
que lnergie lectrique et lnergie pneumatique. Sur la figure 2.9 est prsent le graphe
dassociation du systme propos.
Les deux fonctions principales sont le traitement de finition des pices et la scurit de
loprateur. Cinq autres fonctions complmentaires peuvent tre galement introduites.
Machine de traitement organo-minrale
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 26 ] ENIS SKG
Figure 2.7: Graphe dassociation
4. Diagramme FAST
Les systmes qui expliquent le fonctionnement de la machine sont :
Le systme de manutention par deux vrins pneumatiques permettant la monte
descente du panier dans la cuve.
Le systme de rotation du panier par un moteur rducteur coupl une
transmission par engrenages dentures parallles.
Le systme de basculement du panier par vrin pneumatique assurant
linclinaison du panier lorsquil est en position haute.
Le chauffage de la cuve par des circulateurs deau chaude au fond.
Enfin, lagitation de la cuve par turbine.
Machine de
traitement
organo-minrale
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 27 ] ENIS SKG
Figure 2.8: Diagramme FAST
Systme de manutention 2 Vrins
pneumatiques
Machine de
traitement
organo-minrale
Systme de rotation du
panier
Systme de basculement
du panier
Systme de chauffage
Systme dagitation
Moteur rducteur
+ Engrenage
denture droite
Vrin
pneumatique
Des pompes ou
des rsistances
lectriques
Moteur
rducteur
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 28 ] ENIS SKG
5. Description de la solution choisie pour la machine de
traitement organo-minrale
Le procd adapt est celui en vrac. Le cycle des pices traiter montre que
lapplication du FINIGARD est suivie dune opration de schage. Lindustriel exige
lutilisation du mme panier contenant les pices pour ces deux oprations. La conception de
notre machine dpendra donc de lunion de ladaptation du procd en vrac avec lutilisation
du panier dont on dispose.
La figure 8 montre le panier considr.
Figure2.9: Le panier
5.1. Fonctionnement de la machine
Les pices traiter sont soumises en vrac dans le panier. Un systme de manutention
pneumatique assure le dplacement longitudinal du panier pour limmerger dans le bain
contenant le FINIGARD et le dgager par la suite. Un moteur rducteur coupl avec un
systme de transmission par engrenage permet la rotation du panier lintrieur et
lextrieur du bain. Une fois le panier est dgag du bain, un vrin pneumatique assure son
basculement pour dgager lexcs de matire et aboutir une couche de finition bien
dtermine. La temprature du FNIGARD est maintenue constante par un systme de
chauffage par le fond.
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 29 ] ENIS SKG
5.2. Schma cinmatique
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 30 ] ENIS SKG
Figure 2.10: Schma cinmatique de la machine
Cette solution permet de remplacer le travail manuel de loprateur par un mcanisme
automatis prsentant les avantages suivants :
Etat de surface bien maitris
Conformit des pices aux exigences du domaine
Minimiser le temps de lopration
5.3. Choix et description des diffrents systmes de la machine
de traitement organo-minrale
5.3.1. Systme de manutention
5.3.1.1. Choix de lnergie du vrin [4]
Energie pneumatique/Energie hydraulique :
En hydraulique : P 300 bar
Force suprieure 50 000 N.
Positionnement intermdiaire et prcis des vrins.
0 Cuve(Bti)
1 Vrin pneumatique
2 Support du panier
3 Panier
4 pignon
5 Roue dente
6
Moteur rducteur pour
transmission
7 Plaque
8 Vrin dinclinaison
9
Moteur rducteur pour
agitation
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 31 ] ENIS SKG
Vitesse davance rgulire (car lhuile est incompressible en pneumatique
: P 10 bar)
Force infrieure 50 000 N.
Installation peu coteuse (production centralise de lair comprim)
Transport du fluide plus simple et beaucoup plus rapide (maxi de 15 50 m/s
contre 3m/s pour lhydraulique)
Autres avantages des vrins pneumatiques :
La circulation de lair comprim dans le rseau de distribution entrane des
pertes de charge ou chutes de pression plus faibles que celles lies la circulation dun
liquide comme lhuile.
Les faibles fuites internes ou externes, si elles se produisent, passent
pratiquement inaperues et ne perturbent pas le fonctionnement du systme.
Les outillages pneumatiques sont des composants robustes et fiables
ncessitant peu de maintenance, si le conditionnement dair est correctement ralis.
Les outillages pneumatiques sont robustes et peuvent se bloquer en cas de
surcharge sans risque de disjonction ni de description ni dinflammation.
Lutilisation des vrins pneumatiques limine les transmissions mcaniques
encombrantes et complexes.
Vue les avantages quils prsentent, la manutention du mcanisme est effectue par
deux vrins pneumatiques double effet dont les mouvements sont synchrones. De mme,
linclinaison du systme est assure par un vrin pneumatique double effet.
5.3.1.2. Choix du guidage des vrins
Il existe diffrents types de guidage des vrins :
a. Guidage par galets :
Le guidage transversal du vrin est assur par huit galets fixs sur le bti. Le guidage
axial du support est assur par quatre galets fixs sur le bti alors que le guidage radial est
assur par 2 galets. (figure 2.11).
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 32 ] ENIS SKG
Figure 2.11: Systme de guidage par galets
Avantage :
Solution conomique
Fonctionnement silencieux
Inconvnients :
Le paralllisme du mcanisme lors du levage nait pas matris.
La courte dure de vie des galets
b. Guidage linaire :
Le fonctionnement du systme est bas sur laction de deux colonnes parallles qui,
guides par le corps et fixes la plaque, guident la tige du vrin. Le systme translate
correctement grce un dispositif de compensation
Figure 2.12: Guidage linaire par douilles billes
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 33 ] ENIS SKG
Les guidages linaires sont souvent raliss par 4 douilles billes, comme reprsent
dans la figure 2.13.
Figure2.13: douille billes
La structure des douilles billes est simple ne ncessitant que peu de lubrification. De
ce fait, le guidage est considrablement fiable et les vitesses de dplacement peuvent aller
jusqu 5 m/s.
5.3.2. Systme de rotation du panier
La rotation du panier est assure par une transmission par engrenages dentures
droites (figure 16).
Figure 2.14: Engrenages dentures droites
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 34 ] ENIS SKG
5.3.2.1. Choix du matriau des roues [5]
Le choix du matriau dpend de plusieurs paramtres :
Sa rsistance chimique en contact avec le FINIGARD
Les efforts radial et axial applique sur les roues
La valeur du coefficient de frottement
Pour choisir un matriau de haute rsistance chimique et conomique, on est amen
penser aux engrenages plastiques. Le polypropylne et le polyamide sont les mieux
convenables.
a. Le polypropylne (PP) : Avantages et inconvnients :
Les polypropylnes sont des thermoplastiques partiellement cristallins, opaques, blanc
laiteux.
On distingue quatre familles : PP homo/Copo, PP+ 40% talc, PP+40% Mica, PP+30%
FV
Les avantages que prsente ce matriau :
Bonne rsistance chimique
Faible coefficient de frottement
Bonne rsistance aux flexions rptes
Bonne rsistance au choc
Grande facilit de mise en forme
Excellent isolant lectrique
Faible cout..
Toutefois les inconvnients sont :
Trs sensible au soleil (il faut les protger en ajoutant des stabilisants)
Grand retrait au moulage.
b. Les polyamides (PA) : Avantages et inconvnients :
Les polyamides sont trs connus sous des noms commerciaux tels que Nylon (PA 6.6),
Rilsan (PA 11) ou Technyl (PA 6.6). Les PA sont partiellement cristallins. Ils sont opaques.
On distingue schmatiquement trois familles : PA6, PA66, PA11. Les PA6 et 66, associs
des fibres de verre (courtes), prsentent des proprits mcaniques amliores.
Proprits :
Leur rsistance aux solvants et aux bases
Leur tenue en fatigue ;
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 35 ] ENIS SKG
Leurs rsistances aux chocs rpts et labrasion, leur faible coefficient de
friction
Leurs rsistances leves la rupture en traction et aux sollicitations grande
vitesse
Leur rsistance au fluage
La conservation de leurs excellentes proprits dans un large domaine de
temprature stendant de 50 + 170 C selon les types de polyamides.
Les proprits limitatives sont essentiellement :
Leur reprise dhumidit (qui entrane, pour les polyamides qui y sont le
plus sensibles, une variation dimensionnelle importante et affecte leurs proprits),
Les proprits mcaniques sont altres quand les polyamides sont maintenus
en prsence deau
Leur sensibilit lentaille
Leur oxydabilit haute temprature
Leur rsistance au feu.
Figure 2.15: Absorption dhumidit (%) saturation dans leau
c. Absorption des deux matriaux :
On dispose de deux chantillons lun en polypropylne lautre en polyamide, de mme
dimensions. On les introduit dans deux bchers de 450 ml remplis de FINIGARD pendant
24h.
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 36 ] ENIS SKG
Rsultat de lexprience :
Polypropylne Polyamide
Masse initiale (g) 40 50
Masse aprs exprience (g) 40.2 53.06
Absorption (%) 0.5 6.12
Tableau 1: Mesure de lexprience
Vue que le FINIGARD est base deau, on remarque que labsorption du polyamide
est lev ce qui altre ces proprits mcaniques.
On choisit donc le polypropylne.
Pour rigidifier la structure on utilise des plaques de renforts en dessus et en dessous de
la roue dentes en acier inox.
5.3.2.2. Identification du type de polypropylne
On va utiliser le polypropylne prsent dans la socit, il faut donc identifier son type.
On effectue pour cela trois essais de traction dterminant la limite lastique du matriau.
Eprouvette de traction :
Sur la figure 2.16 est reprsente lprouvette de traction selon la norme NF EN ISO
527
Figure 2.16: Eprouvette de traction
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 37 ] ENIS SKG
Essais de traction :
Type : Cylindre
Hauteur : 73,6 Diamtre : 7,6 Section : 45,365
1er
essai :
Figure 2.17: Courbe de traction du 1er essai
Rsultats :
Longueur initiale : Lo=60
Longueur finale : Lu=83,71
Section initiale : So=45,365
Allongement aprs rupture : A=39,517 %
Charge maximum : Fm=1,507 KN
Charge unitaire de rupture : Rm =33,23 N/mm
2me essai:
Figure 2.18: Courbe de traction du 2me essai
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 38 ] ENIS SKG
Rsultats :
Longueur initiale : Lo =60
Longueur finale : Lu =85,15
Section initial: So= 45,365
Charge maximum: Fm= 1,483 KN
Charge unitaire de rupture : Rm= 32,7 N/mm
3me essai:
Figure 2.19: Courbe de traction du 3m essai
Rsultats :
Longueur initiale : Lo =60
Longueur finale : Lu =84,34
Section initial: So =45,365
Charge maximum: Fm= 1,531 KN
Charge unitaire de rupture : Rm =33,759 N/mm
Figure 2.20: Courbe contrainte en fonction de la dformation
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 39 ] ENIS SKG
En traant la tangente la courbe de la figure 2.20 dans la zone lastique on trouve :
Re = F / S = 22.04 N/mm
Par identification avec le tableau de lannexe (1), on dduit que le matriau est le
polypropylne PP homo/ copolymre.
5.3.3. Systme de chauffage
Une rsistance chauffante est un lment lectrique passif, ayant la proprit de
dgager de la chaleur, lorsquelle est traverse par un courant lectrique. Elle est
gnralement destine chauffer de lair dans un local, une surface conductrice de chaleur, du
liquide ou du gaz. Alimente par un courant lectrique continu, alternatif mono ou polyphas,
sa conception est variable selon lutilisation : blinde, accessible, souple, tubulaire, ailette
ou inaltrable aux agents corrosifs.
Figure2.21: rsistances lectriques blindes (sans ou avec ailettes)
Caractristiques :
Facile installer
Disponible dans une grande varit de gaines, diamtres et puissances
nominales
Positionnement prcis de la source de chaleur
Varit illimite de forme
Contrle facile de la gnration de chaleur
Entretien minimal et longue dure de vie
Excellente isolation lectrique interne et conduction de chaleur
Le chauffage est effectu au fond de la cuve, selon la puissance de chauffage on
choisit soit le chauffage par des rsistances lectriques blindes ou par des pompes de
circulation deau chaude provenant de la chaudire.
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 40 ] ENIS SKG
5.3.4. Systme dagitation
Un agitateur a pour but d'assurer l'homognisation d'un milieu (homognisation du
point de vue des composants du milieu et de la temprature). La fonction premire dun
agitateur est donc de mettre des liquides en mouvement un dbit et une vitesse donnes qui
permettra de rpondre, agiter, mlanger, dissoudre des produits miscibles ou non-miscibles
afin dobtenir un degr duniformit dsir dans un rservoir.
Un dispositif dagitation est constitu :
dun systme dentranement
dun arbre
dun ou plusieurs mobiles dagitation
Il faut tenir compte de plusieurs contraintes dpendant :
de la gomtrie de la cuve sur laquelle lagitateur est install
du rgime de fonctionnement
des produits mlanger
Elles permettent de choisir :
le matriau ( partir de la nature des produits mlangs et des conditions de
pression et de temprature)
le systme dtanchit ( partir des conditions de pression, de temprature et
des produits mlangs)
la conception mcanique et la longueur darbre ( partir de la forme de la cuve,
des contraintes dimplantation...).
Il existe diffrents types d'agitateur en fonction du milieu, de la configuration de
l'unit et de l'effet dsir. On distingue donc selon leffet dsir les agitateurs dbit radial et
ceux dbit axial.
Figure 2.22: Types dagitateurs
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 41 ] ENIS SKG
Mlange radial :
Le mlange radial provoque un mouvement au niveau de l'agitateur: le fluide part du
centre du rcipient, est propuls par l'agitateur vers les parois d'o il est renvoy vers le
centre.
Pour ce cas les types dagitateurs sont : turbine, ancre, plaque, grille
Mlange axial :
Le mlange axial provoque un mouvement dans tout le rcipient : lagitateur comme
une pompe qui aspire le fluide le long de son axe avant de le rejeter vers le bas. Le fluide
remonte alors le long des parois et une fois dans la partie suprieure du rcipient est aspir
vers le centre avant de redescendre.
Les types dagitateurs sont : hlice, turbine pales inclines, agitateur ruban
Pour notre machine on utilise un systme dagitation par hlices pales inclins avec
une vitesse lente.
Le choix entre les solutions technologiques des diffrents organes de la machine
aboutit la modlisation suivante :
Figure 2.23 : Machine de traitement organo-minrale
-
Chapitre 2 : Solutions Technologiques
[ 42 ] ENIS SKG
6. Conclusion
Dans ce chapitre, on a dfini les diffrentes solutions technologiques de la machine de
traitement organo-minrale. En outre, les critres de choix de la solution convenable au besoin
de la socit ont t spcifis. Enfin, on a dtaill le fonctionnement de la solution retenu.
Dans le chapitre suivant, on va sintresser au calcul et au dimensionnement de la machine.
-
CHAPITRE 3
CALCUL ET DIMENSIONNEMENT
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 44 ] ENIS SKG
1. Introduction
Pour garantir un bon fonctionnement et une longue dure de vie de la machine de
traitement raliser, ce chapitre est consacr au calcul et dimensionnement des diffrents
composants de la machine les plus sollicits. La vrification de la rsistance est galement
prsente en se basant sur la mthode des lments finis et le calcul RDM.
2. Dimensionnement des vrins pneumatiques [6]
2.1. Vrins de manutention
2.1.1. Calcul du diamtre dalsage du vrin
La charge statique applique au vrin est due la masse du support avec le panier.
Cette charge est calcule partir de la formule suivante :
Cs =
(3-1)
Avec :
m : masse du support et du panier
g : acclration de pesanteur
La pratique montre quon obtient un bon comportement du vrin avec un taux de
charge infrieur ou gal 75% (Barlier 1995).
Dans notre cas, on choisit c = 75%.
Do la charge dynamique Cd thorique produit par le vrin est gal :
Cd=
(3-2)
Acclration de la pesanteur : g g =210 m.s
Masse du support avec
panier : m
m = 90 kg
Charge statique : Cs Cs = 45 daN
Charge dynamique : Cd Cd = 60 daN
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 45 ] ENIS SKG
Tableau 2: Calcul de leffort dynamique des vrins
Ltape suivante consiste trouver le vrin dont la force dynamique Fd est gale ou
suprieure la charge dynamique.
Fd Cd (3-3)
Daprs les abaques (annexe3.1), le point de rencontre relative de 4 bars et la charge
dynamique de 60 daN se situe entre les courbes des vrins de diamtre D 40 et 50mm.
Dautre part le rendement dun vrin est dfini par :
=
(3-4)
Daprs les deux relations prcdentes on obtient
Fs
En admettant un rendement minimum =0.8
Comme la force statique la sortie de la tige est
Fs= p
(3-5)
Le diamtre de lalsage de la tige du vrin est donc calcul par la formule suivante :
D =
(3-6)
Avec p : pression de lair lentre du vrin
Sur le tableau 3 sont rcapitules les valeurs numriques des diffrents paramtres
tudis.
Tableau 3: Calcul du diamtre dalsage de la tige des vrins de manutention
Pression de lair : p p=4 bar
Rendement du vrin : = 0.8
Diamtre dalsage de la tige du vrin : D D = 48.86 mm
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 46 ] ENIS SKG
Figure3.1: Vrin pneumatique
2.1.2. Calcul du taux de charge corrig
Leffort dynamique rel F' se calcule laide de la formule suivante :
2DF' p
4
(3-7)
Le taux de charge rel sexprime par la formule suivante :
r =
F' (3-8)
Les rsultats numriques sont rcapituls dans le tableau 4 :
Tableau 4 : Calcul du taux de charge corrig
2.1.3. Calcul de leffort dynamique lentre de la tige du vrin
Leffort dynamique lentre de la tige du vrin est dtermin partir du
tableau prsent dans lannexe (3.2) .Pour une pression p=4 bar et un diamtre du piston gal
D= 50mm, correspond la valeur numrique de leffort dynamique lentre de la tige du
vrin Fe=62daN.
2.1.4. Calcul de leffort thorique du vrin la sortie de la tige
Leffort thorique du vrin du ct de la chambre avant est dtermin par la formule
suivante :
2 2(D d )F p
4
(3-9)
Avec d : diamtre de la tige
Diamtre du piston : D D = 50 mm
Pression de lair : p p = 4 bar
Effort dynamique rel : F' F' = 78.5 daN
Taux de charge relle : r r = 57 %
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 47 ] ENIS SKG
Pour un diamtre dalsage de vrin (D = 50mm) correspond un diamtre de la tige d
gal 18 mm (annexe 3.2), suivant le fonctionnement du systme
A.N F= 68.4 daN
2.1.5. Calcul de la dure de vie des joints
La dure de vie des joints ne dpend que de la course du vrin.
Daprs le tableau de lannexe (3.3), la plus grande course normalise du vrin
correspondant au diamtre nominal D=50 mm est C= 400mm.
Alors quil existe sur le march C = 500 mm, et qui convient mieux pour le
fonctionnement du systme de manutention.
Pour cette valeur de la course, partir de labaque prsent dans lannexe (3.4),
on trouve une dure de vie des joints gale DU = 2 106 manuvres de vrin.
2.1.6. Vrification de la rsistance de la tige au flambage
La charge critique est calcule par la formule suivante :
2
c 2
E IF p
C
(3-
10)
Le moment polaire I est dtermin par la formule suivante :
I = d4 / 64 (3-11)
La condition de la rsistance au flambage est dfinie par :
cFF s
(3-12)
Avec
module dlasticit (dtermin partir de lannexe 3.5): E 3E 210x10 MPa
coefficient de scurit (dtermin par lannexe 3.6) : s s = 1.7
Tableau 5: Paramtres de la rsistance de la tige
A.N Fc / s = 1005 daN
On vrifie donc la rsistance de la tige du vrin au phnomne de flambage.
2.1.7. Dtermination de la vitesse de dplacement
La vitesse maximale de dplacement de la tige est dtermine partir de labaque de
lannexe 3.7.
1MaxV 0,7 m.s .
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 48 ] ENIS SKG
Nous avons choisi une vitesse de dplacement gale -1V=0,2 m.s . Ce qui vrifie les
conditions prcdentes.
2.1.8. Calcul du dbit dair
Le dbit de lair ncessaire pour soulever la charge du panier est gale :
Q 2 V S (3-13)
2DS
4
(3-14)
Avec :
S : section du piston
Q=7.85 10-4 m 3 /s
Q= 47.12 l/min
Ce qui est adaptable avec le compresseur de la socit.
2.1.9. Les amortisseurs
Tout mobile de masse M et de vitesse v possde une nergie cintique. Il en est de
mme pour le systme compos des parties mobiles du vrin (piston, tige et moyen
dattelage) et de la charge entraine. Si le vrin arrive grande vitesse en fin de course, il peut
en rsulter un choc plus ou moins violent sur le fond du vrin ou sur les butes extrieures.
Ces chocs sont nfastes pour les organes du vrin et les mcanismes do la ncessit
dintroduction dun amortisseur pour absorber lnergie cintique absorbe.
On choisit le cas dun amortisseur pneumatique dont le piston porte un moyeu venant
sengager en fin de course dans lalsage du flasque du vrin. Lair emprisonn entre le piston
et le flasque passe par ltranglement ajust par une vis pointeau. Deux effets se conjuguent.
Dabord lair emprisonn amortit la plus grande partie du choc, ensuite le rducteur de dbit
rduit suffisamment la vitesse pour que le choc final soit attnu.
Figure 3.2: Symbole vrin double effet avec amortisseur pneumatique
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 49 ] ENIS SKG
Figure 3.3: Principe de lamortissement pneumatique
2.1.10. Calcul du diamtre de laxe de pivotement
a. Vrification de la rsistance de laxe au cisaillement :
La contrainte de cisaillement est exprime par la relation :
=
=
rod (3-15)
Avec T = Fr / 2
La condition de rsistance au cisaillement scrit :
pgR (3-16)
pgR = egR
Pour un acier alli, daprs lannexe (3.8) eg eR 0,8 R
Lquation (3-16) scrit alors:
rro
pg
2 Fd
R
(3-17)
Avec
T : effort tranchant agissant sur laxe T=225N
Re : rsistance lastique Re = 700MPa
egR : Rsistance lastique au cisaillement. egR = 560 MPa
s : coefficient de scurit (annexe3.9) s= 4
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 50 ] ENIS SKG
pgR : Rsistance pratique au cisaillement pgR = 140 MPa
rod : Diamtre de laxe rod 1.43 mm
Tableau 6: Rsistance au cisaillement de laxe de pivotement
b. Vrification de la rsistance la flexion de laxe de la rotule :
Le moment flchissant maximal est dtermin par la formule suivante :
fz rM F l (3-18)
Avec :
l : longueur de laxe gal l=150mm
rF : Effort exerc sur le vrin
La contrainte maximale max est dtermine par la formule suivante :
maxmax fz
Gz
yM
I (3-19)
romax
dy
2 (3-20)
4
roGz
dI
64
(3-21)
Avec :
maxy : Flche maximale
GzI : Moment quadratique
La condition de rsistance de laxe la flexion scrit :
max peR (3-22)
Rpe = Re /s. on prend s = 4
Lquation (3-22) scrit alors:
3ro
32 Mfz sd
Re
(3-23)
Soit : rod 15.77 mm
Dans notre cas, on prend un diamtre vrifiant la fois la rsistance au cisaillement et
la flexion. Soit : rod 16 mm.
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 51 ] ENIS SKG
2.2. Vrin dinclinaison
2.2.1. Calcul du diamtre dalsage du vrin
Cs
. Cos (3-24)
A.N Cs = 90 daN
Avec
: angle dinclinaison du support ; 0 50
Cd
A.N Cd = 120 daN
Fd Cd
Daprs les abaques (annexe3.1), le point de rencontre relative de 4 bars et la charge
dynamique de 120 daN se situe entre les courbes des vrins de diamtre D 63 et 80mm.
Dautre part le rendement dun vrin est dfini par :
=
Fs
=0.8
Fs= p
Le diamtre de lalsage de la tige du vrin est donc calcul par la formule suivante :
D =
Avec p : pression de lair lentre du vrin
Sur le tableau 7 sont rcapitules les valeurs numriques des diffrents paramtres
tudis.
Tableau 7: Calcul diamtre du vrin dinclinaison
On prend donc D = 80 mm.
2.2.2. Calcul du taux de charge corrig
2DF' p
4
r =
F'
Pression de lair : p p=4 bar
Rendement du vrin : = 0.8
Diamtre dalsage de la tige du vrin : D D = 69.09 mm
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 52 ] ENIS SKG
Les rsultats numriques sont rcapituls dans le tableau 8:
Tableau 8: Taux de charge du vrin dinclinaison
Pour amliorer le taux de charge on peut agir sur la pression vue quelle est rglable
par lintroduction dun rgulateur dbit.
En effet pour p= 3 bar ; F'= 150.7 daN ; r= 59 %
2.2.3. Calcul de leffort dynamique lentre de la tige du vrin
A partir du tableau prsent dans lannexe (3.2) , Fe=170 daN.
2.2.4. Calcul de leffort thorique du vrin la sortie de la tige
2 2(D d )F p
4
Daprs lannexe (3.2), d = 22 mm
A.N F= 185.8 daN
2.2.5. Calcul de la dure de vie des joints
Daprs le tableau de lannexe 3.3, parmi les courses normalises du vrin correspondant
au diamtre nominal D=50 mm, on prend C= 400mm.
Pour cette valeur de la course, partir de labaque prsent dans lannexe 3.4 , on
trouve une dure de vie des joints gale DU = 2.8 106 manuvres de vrin.
2.2.6. Vrification de la rsistance de la tige au flambage
2
c 2
E IF p
C
I=d4/64
La condition de la rsistance au flambage est dfinie par :
cFF s
module dlasticit (dtermin partir de lannexe 3.5): E 3E 210x10 MPa
Diamtre du piston : D D = 80 mm
Pression de lair : p p = 4 bar
Effort dynamique rel : F' F' = 201 daN
Taux de charge relle : r r = 45 %
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 53 ] ENIS SKG
coefficient de scurit (dtermin par lannexe 3.6) : s = 2
Tableau 9: Paramtres de calcul
A.N Fc / s = 2979 daN
D o la vrification de la rsistance de la tige du vrin au phnomne de flambage.
2.2.7. Dtermination de la vitesse de dplacement
Nous avons choisi une vitesse de dplacement gale -1V=0,2 m.s .
2.2.8. Calcul du dbit dair
Le dbit de lair ncessaire pour soulever la charge du panier est gale :
Q 2 V S (3-25)
2DS
4
(3-26)
Avec :
S : section du piston
Q=2*10-3
m 3
/s
Q= 120 l/min
2.2.9. Choix de la rotule et du systme de fixation du vrin
Les systmes de fixation des vrins sont multiples et sont reprsents dans lannexe
(3.10).Vue la position incline du vrin, on choisit une rotule (A) pour la fixation avant et un
tourillon ou pivot (H) pour celle arrire. Suivant le diamtre dalsage D=80mm, les
rfrences sont : la rfrence KF-17080 (annexe 3.11) pour la rotule et la rfrence KF-13080
(annexe 3.12) pour le tourillon.
Laxe de la chape est arrt en translation par deux circlips.
On choisit de mme le cas dun amortisseur pneumatique intgr au vrin.
Le support sur lequel est fix le vrin dinclinaison est un support rectangulaire 70*40
soud sur une longueur de 100mm sur les plaques .Ce choix est effectu aprs tude et
optimisation sur RDM6 de la raction du tube :
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 54 ] ENIS SKG
Figure3.4 : Modlisation du support
Rsultats
Figure 3.5 : Rsultat de la raction du support
La contrainte maximale est de 130MPa qui est infrieure la contrainte admissible
(147MPa).
2.2.10. Calcul du diamtre de laxe de la rotule
a. Vrification de la rsistance de laxe au cisaillement :
=
=
rod
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 55 ] ENIS SKG
La condition de rsistance au cisaillement scrit :
pgR
dro
pgR
T : effort tranchant agissant sur laxe de la rotule T=900N
Re : rsistance lastique Re = 700MPa
egR : Rsistance lastique au cisaillement. egR = 560 MPa
s : coefficient de scurit s= 4
pgR : Rsistance pratique au cisaillement pgR = 140 MPa
rod : Diamtre de laxe de la rotule rod 2.86 mm
Tableau 10: Calcul diamtre de laxe de la rotule
b. Vrification de la rsistance la flexion de laxe de la rotule
fz rM F l
Avec :
l=100mm
rF : Effort exerc sur le vrin
La contrainte maximale max est dtermine par la formule suivante :
maxmax fz
Gz
yM
I
romax
dy
2
4
roGz
dI
64
Avec :
maxy : Flche maximale
GzI : Moment quadratique
La condition de rsistance de laxe la flexion scrit :
max peR
Rpe = Re /s. on prend s = 4
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 56 ] ENIS SKG
Lquation (3-2 1) scrit alors:
3ro
32 Mfz sd
Re
Soit : rod 17.36 mm
On prend rod 20 mm.
3. Dimensionnement de lunit de guidage [7]
Le dimensionnement de lunit de guidage sappuie essentiellement sur la vrification
de la condition du non-arc-boutement .Cette condition scrit :
f : coefficient dadhrence entre les surfaces de contact
L : longueur du guidage (3-27)
: Distance entre la direction de laction mcanique et laxe de la
liaison.
On dsire utiliser des douilles billes, les deux surfaces de contacts sont donc acier-
acier ayant pour coefficient de frottement 0.2
tant gale 55mm donc L >=22mm.
On choisit une unit de guidage forme H avec 8 douilles billes KH2030.
Le dimensionnement de lunit de guidage est effectu selon la norme ISO6432
(voir annexe3.13).Pour la fixation des formes H sur la cuve, on fait un mplat de 5mm sur
lunit, un fer plat est soud sur le mplat et une cornire vient se fixer par des vis au fer plat
dune part et soud sur la cuve dautre part.
2f
L
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 57 ] ENIS SKG
Figure 3.6: Unit de guidage linaire
4. Calcul de la puissance du moteur-rducteur [5]
Vu que le panier tourne une faible vitesse, la rduction partir de 1440 tr/mn se fait par
deux rapports:
1er rapport du moteur rducteur :
Roue et vis sans fin : r1 = 24
2me rapport de rduction :
Engrenage : r2 = 4.5
Le rapport de rduction global est
r = rI * r2 (3-27)
A.N r = 108
La frquence dentre est la frquence de rotation de larbre moteur
Nm = Ne = 1440tr/min We = 150.79 rd / s
Or
r =
Ws =
(3-28)
La puissance de sortie est donne par la formule suivante :
Ps = Mp . Ws (3-29)
Mp est le moment polaire exprime par :
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 58 ] ENIS SKG
Mp = I . =
.
(3-30)
La puissance dentre est relie celle de sortie par :
Pe =
(3-31)
Le rendement est obtenu par le produit des deux rendements 1 (roue-vis) et 2
(roue-pignon)
1= 0.5 ; 2= 0.9
M: masse de la charge M = 120 Kg
R : rayon du panier R = 0.24 m
Td : temps de dmarrage du moteur Td = 0.07 s
Ws : vitesse angulaire de sortie du systme Ws = 1.4 rd / s
Ps : puissance de sortie Ps = 96.768 W
Pe : puissance du moteur Pe = 215 W
Tableau 11: Calcul de la puissance du moteur
Le couple dentrainement est dfini par :
C =
(3-32)
Le couple dentre est donc Ce =
A.N Ce = 1.43 N.m
Le couple de sortie est Cs =
A.N Cs = 69.12 N.m
Lapplication de la finition varie dune gamme de produits un autre, lutilasation
dun variateur de frquence avec un moteur de puissance 0.35 Kw permet de sadapter la
qualit et la quantit des pices.
5. Calcul des engrenages
5.1. Calcul du module [8]
bdi = 19 106
(
) (
) (1+
) ys y (3-33)
bdi = 8 m Z1 m = 8 m3 Z1
2 (3-34)
Par suite m = [
(
ys y]
1/3 (3-35)
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 59 ] ENIS SKG
E : module dlasticit E = 1400 MPa
: angle de pression = 20
Z1 : nombre de dents du pignon Z1 = 30
P : puissance P = Pn 2 = 370 * 0.5 = 185 W
= Hadm : contrainte admissible Hadm =
e =
* 22.04 = 14.66 Mpa
n = np : frquence de rotation du pignon np = 60 tr /min
i1,2 : rapport de rduction i1,2 = 4.5
ys ys = 1.05
y y = 1.1
m : module des roues m = 4
Tableau 12: Calcul du module dengrnement
5.2. Caractristiques des roues denture droite normale ( =
20 ) [9]
Toute les roues denture droite et de mme module engrnent entre elles, quels que
soient leur diamtre et leur nombre de dents
Roue Pignon
Module m : dtermin partir du calcul
prcdent de rsistance des
matriaux
m = 4
Nombre de dents Z : dtermin partir des
rapports des vitesses r2=
=
Zr = 135 Zp = 30
Pas p = m . p = 12.5
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 60 ] ENIS SKG
Saillie ha = m ha = 4
Creux hf = 1.25. m hf = 5
Hauteur de dent h = ha + hf = 2.25. m h = 9
Diamtre primitif d = m. Z dr = 540 dp = 120
Diamtre de tte da = d + 2m dar = 548 dap = 128
Diamtre de pied df = d 2.5m dfr = 530 dfp = 110
Largeur de denture b = k .m (k valeur se fixer
frquemment 8 ou 10) on prend
k=8
b = 32
Entraxe de deux roues a =
=
+
a = 330
Tableau 13: Caractristiques des roues
5.3. Calcul de la clavette [9]
Une clavette est une pice destine rendre solidaires un organe de machine et un
arbre. On utilise une clavette pour permettre la liaison en rotation du pignon et de larbre du
moteur rducteur.
La clavette est longitudinale, parallle laxe des pices immobiliser.
On choisit un clavetage forc dont la liaison est obtenue par coincement de faces
intrieures et suprieures de la clavette sur ses portes, de forme A de longueur 28mm
Figure 3.7: Clavette force
Daprs lannexe (3.14) on dduit le tableau suivant :
D a b h Smin j K1
30 8 7 11 0.25 d-4 d+2.4
Tableau 14: Dimensionnement de la clavette
Par suite j= 26 ; K1 = 32.4
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 61 ] ENIS SKG
Larrt en translation du pignon par rapport laxe du moteur rducteur est effectu
par un circlips et un paulement dans laxe du moteur rducteur.
6. Paliers de guidage en rotation
6.1. Les coussinets [5]
Ce type de guidage prsente une solution simple mettre en uvre, conomique et
assurant un fonctionnement silencieux. Les coussinets existent sous des formes et dimensions
normaliss diffrentes.
Figure 3.8: Types de coussinets
Ces bagues peuvent fonctionner sec ou avec lubrification pour diminuer le
frottement. Le calcul des dimensions du coussinet est estim par le calcul du produit P*V.
La pression diamtrale P (N/mm2) donne par la formule suivante :
P=F / (d*L) (3-36)
F : la charge radiale sur le palier(N)
d : diamtre dalsage du coussinet (mm)
L : longueur du coussinet (mm)
La charge radiale F est exprime
F =
(3-37)
C : couple D : diamtre
Pour le pignon C = Ce = Pe / We = 2.45 N.m
Pour la roue C = Cs = Ps / Ws = 119 N.m
La vitesse circonfrentielle V en m/s :
V=R* (3-38)
Avec :
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 62 ] ENIS SKG
R : rayon intrieur du coussinet
: vitesse angulaire en rd/s ( =2N/60)
Le facteur P*V permet de sassurer, en fonction du matriau du coussinet, sil serait capable
de supporter lnergie engendre par le frottement. La condition est donc
P*V (P*V )adm (3-39)
Coussinet de
guidage pour Matriau L F P(MPa) V(m /s) P*V (P*V)admi
pignon Tflon 37 40 66.22 0.045 0.094 4.23
10-3
1.5
Roue Tflon 78 40 1525.64 0.5 0.049 0.045 1.5
Tableau 15: Dimensionnement des coussinets
Le montage dun coussinet dans lalsage se fait avec un ajustement serr.
Figure 3.9 : Montage dun coussinet
6.2. Rsultats de lemploi des coussinets
Lutilisation du coussinet pour le guidage de la roue dente pose problme. En faite, dans
la position la plus dfavorable de la machine c'est--dire le support est inclin de 50 de la
position verticale ; le frottement entre linox et le tflon minimise la dure de vie du coussinet
et la coplanarit des roues dentes nest plus respecte. Pour cela ,on utilise deux roulements
billes logs entre un arbre fixe soud sur le support et un moyeu tournant qui permet la
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 63 ] ENIS SKG
rotation de la roue dente ,donc du panier remplie de pices .Pour garder un systme tanche,
lutilisation de deux joints dtanchit est recommande. Un joint est dispos lors de la mise
en place du couvercle qui sappuie sur la bague extrieure du roulement.
6.3. Les roulements [10]
En tenant compte du diamtre de laxe tournant guidant le diamtre extrieur du
roulement dune part et du catalogue fournisseur (annexe 3-15) dautre part, on
choisit dintroduire deux roulements billes de diamtre intrieur d = 40 mm, de diamtre
extrieur D = 68mm et dpaisseur B = 15mm.
La distance entre les deux roulements reprsente la longueur de guidage L.
L = 1.5 2 x d
On prend L = 1.8 x d = 72 mm.
La charge dynamique quivalente applique sur les roulements est :
P = X Fr + Y Fa (3-40)
En effet, daprs lannexe (3-16) le calcul du rapport Fa / C0 dtermine la valeur de e. Et en
comparant le rapport Fa / Fr e, on trouve la valeur de X et Y.
Avec Fr : effort radial, Fa : effort axial.
X et Y : coefficients dterminer.
C0 : charge de base statique dtermine daprs lannexe (3-15): C0 = 780 daN =7800N
La dure de vie souhaitable sexprime :
Lh =
L10 L10 =
Lh (3-41)
Lh : dure de vie souhaitable du roulement
(annexe 3-17)
Lh = 20000 h
N : frquence de rotation N = 15 tr/min
L10 : dure de vie du roulement L10 = 18 millions de tours
Tableau 16 : Dure de vie du roulement
La charge dynamique du roulement scrit :
C = P x (L10)^(1/3) (3-42)
6.3.1 En position verticale
Dans cette position, on ne dispose que deffort axial alors :
P= Y Fa
Leffort radial Fr tend vers 0, par suite le rapport Fa / Fr tend vers donc suprieur e.
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 64 ] ENIS SKG
Fa 900 N
Fa / C0 0.128
Daprs lannexe (3-16), 0.27 e 0.31 0.31
Y 1.4
P 1260 N
C 3302 N
Tableau 17 : Calcul de la charge dynamique du roulement en position verticale
6.3.2 En position incline
Fa = F sin
Fr = F cos
Fa 690 N
Fr 587.5 N
Fa / C0 0.088
Daprs lannexe (3-16),
0.27 e 0.31
0.27
Fa / Fr 1.17
X 056
Y 1.6
P 1433 N
C 3755 N
Tableau 18 : Calcul de la charge dynamique du roulement en position incline
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 65 ] ENIS SKG
6.3.3 Conclusion
Dans chacune des deux positions la charge dynamique quivalente applique sur les
roulements est infrieure la charge quils peuvent supporter. Cette charge est dtermine
daprs lannexe (3-15), C = 1020 daN = 10200 N.
7. Calcul de la puissance des rsistances chauffantes
7.1. Bilan dnergie
Le bilan dnergie dans la cuve est reprsent par la relation suivante :
(Energie dentre) + (Energie gnration) = (Energie de Sortie) + (Energie
daccumulation)
W = MF CPF ( TcF - TfF ) + MI CPI (TcI TfI) + Meau CPeau (Tceau Tfeau) (3.43)
Avec
F : FINIGARD I : charge en inox
Mi : masse de llment i
CPi : chaleur massique de i
7.2. Puissance des rsistances chauffantes
On suppose que le FINIGARD, la charge et la masse deau se chauffe pendant la
mme dure t = 1h = 3600 s.
La puissance ncessaire pour chauffer la cuve est donc
P =
(3.44)
P =
+
+
(3-45)
A.N P = 12kW
Vue limportance de cette puissance, nous sommes face deux solutions de chauffage
de la cuve. Lune est les rsistances chauffantes, lautre est lintroduction de circulateurs
deau chaude provenant dune chaudire dj existante dans la socit.
Le climat, lt, favorise le maintient de temprature 20C. Le problme de
chauffage sera donc trait ultrieurement.
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 66 ] ENIS SKG
8. Calcul dagitation [5]
8.1. Calcul de la puissance du moteur rducteur dagitation
Le nombre de Reynolds sexprime :
Re =
(3-46)
Avec : masse volumique du finigard (kg/m3)
N : vitesse de rotation (s-1), N = n / 60 o n est la frquence de rotation de larbre
du moteur.
D : diamtre du mobile (m)
: viscosit (kg/ m .s)
A.N Re = (1027*60*0,32)/0.06
Re =1540
Cette valeur correspond un rgime laminaire donc un nombre de puissance
Np = 0,5 daprs lannexe (3.18).
La puissance dissipe est :
P = Np N3 D
5 (3-47)
On choisit un moteur rducteur de puissance 0.18 Kw
8.2. Calcul du diamtre de larbre dagitation
8.2.1. Calcul de larbre en torsion
Le couple en torsion est exprim par :
Mt =
(3-48)
A.N Mt = 29 N.m
La condition de rsistance la torsion scrit :
a (3-49)
La contrainte admissible de larbre en torsion est a = 20 MPa.
-
Chapitre 3 : Calcul et dimensionnement
[ 67 ] ENIS SKG
=
(3-50)
Avec I0 =
; v =
Lquation (3-49) devient
d
^(1/3)