Leçons de niveau 12

Mécanique pour l'enseignement technique industriel/Exercices/Analyse fonctionnelle et structurelle

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Analyse fonctionnelle et structurelle
Image logo représentative de la faculté
Exercices no3
Leçon : Mécanique pour l'enseignement technique industriel
Chapitre du cours : Analyse des mécanismes

Exercices de niveau 12.

Exo préc. :Liaisons mécaniques
Exo suiv. :Caractériser le mouvement
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Mécanique pour l'enseignement technique industriel/Exercices/Analyse fonctionnelle et structurelle
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Élévateur à bande[modifier | modifier le wikicode]

Vue d'ensemble, et vue de haut en position basse de l'élévateur à bande
Voir le dossier de travail Élévateur à bande.

On étudie la partie qui soutient une bande transporteuse et l'incline. Ce châssis est composé : d'un cadre, d'un support, d'un vérin hydraulique double-effet et d'une pompe manuelle.

Mise en situation générale[modifier | modifier le wikicode]

Châssis et support de l'élévateur à bande
Nomenclature
5 2 Galet
4 1 Support S235
3 1 Tige du vérin
2 1 Corps du vérin
1 1 Châssis S235
Rep Nb Désignation Matière Observations

Les pièces ci-dessus constituent les sous-ensembles : chaque SE n'est composé que d'une seule pièce. On désignera donc les SE par le numéro de la pièce.

Question[modifier | modifier le wikicode]

Déterminer le graphe des liaisons de l’ensemble représenté ci-dessus (châssis, support, vérin et galet). On utilisera les abréviations suivantes :

  • liaison pivot : LP ;
  • liaison glissière : LG ;
  • liaison hélicoïdale : LH ;
  • liaison pivot glissant : LPG ;
  • liaison rotule à doigt : LRD ;
  • liaison rotule : LR ;
  • liaison appui plan : LAP ;
  • liaison linéaire rectiligne : LLR ;
  • liaison linéaire annulaire : LLA ;
  • liaison sphère-plan : LSP.

En faire le schéma cinématique.

Support de couvercle de trou d'homme[modifier | modifier le wikicode]

Ballon de reflux : dessin d'ensemble
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Annale de sujet d'examen
Cet exercice est tombé au BTS ROC en 2006.

Le sujet de BTS portait sur l'étude de la résistance des pièces. Nous nous intéressons ici au mécanisme.

Note
Les termes spécifiques à la chaudronnerie sont donnés en notes de bas de page.

Mise en situation générale[modifier | modifier le wikicode]

Le dessin ci-contre représente un ballon de reflux[1] se situant dans une raffinerie pétrolière. Son rôle est de séparer le pétrole, les gaz d'hydrocarbure et l'eau boueuse contenus dans le produit brut.

Le produit brut pénètre par le piquage B[2]. les gaz d'hydrocarbure, qui occupent la partie haute du ballon, s'évacuent par G. La cloison C arrête l'eau et les boues décantées qui se vidangent par V. M1 et M2 sont des trous d'homme[3].

Le détail A représente une vue agrandie en coupe du trou d'homme M1. C'est ce système que nous allons étudier.

Le trou d'homme est constitué d'une virole[4] de 610 mm de diamètre, et d'une bride[5] soudée. Le couvercle vient se boulonner sur la bride.

Pour pouvoir inspecter le ballon, l'opérateur doit déboulonner le couvercle puis l'écarter. Le couvercle est lourd, sa manutention est dangereuse d'autant plus que l’on est en hauteur — risque de blessure du dos (manutention), risque de chute de l’objet (blessure de l'opérateur, blessure d'un personne en contrebas), risque de chute de l'opérateur. Pour cela, le couvercle est fixé à une potence, et cette potence peut pivoter. Nous allons établir le schéma cinématique de l'ensemble.

Trou d'homme M1
Nomenclature
12 2 Écrou HM24
11 1 Virole P295GH
10 1 Bride P295GH
9 2 Goupilles cylindriques fendues
8 1 Axe S235
7 1 Boulon à œil
6 1 Rondelle
5 1 Douille lisse (tube ∅12 × 1) S235
4 1 Couvercle S235
3 1 Support S235
2 1 Rondelle d'appui S235
1 1 Tube de potence (∅88,9 × 6,35) S235
Rep Nb Désignation Matière Observations

Sur ce plan, les points A, B, C, D, E et F représentent les centres des liaisons.

Détermination des sous-ensembles[modifier | modifier le wikicode]

Question
Déterminer les sous-ensembles rigides.

Degrés de liberté[modifier | modifier le wikicode]

Question
Établir le tableau des degrés de liberté pour chaque liaison.

Graphe des liaisons[modifier | modifier le wikicode]

Question
Établir le graphe des liaisons.
On utilisera les notations suivantes :
  • liaison pivot de centre A et d'axe x : LP(A, x) ;
  • liaison glissière de centre et d'axe x : LG(A, x) ;
  • liaison hélicoïdale de centre A et d'axe x : LH(A, x) ;
  • liaison pivot glissant de centre A et d'axe x : LPG(A, x) ;
  • liaison rotule à doigt de centre A et d'axe x : LRD(A, x) ;
  • liaison rotule de centre A : LR(A) ;
  • liaison appui plan de centre A et de normale n : LAP(n) ;
  • liaison linéaire rectiligne de centre A, de normale n et d'axe x : LLR(A, n, x) ;
  • liaison linéaire annulaire de centre A et d'axe x : LLA(A, x) ;
  • liaison sphère-plan de centre A et de normale n : LSP(A, n).

Schéma cinématique[modifier | modifier le wikicode]

Question
Établir le schéma cinématique complet, ainsi que le schéma cinématique minimal.

Préhenseur de support de culasse[modifier | modifier le wikicode]

Mise en situation[modifier | modifier le wikicode]

Voir le dossier de travail Préhenseur de support de culasse

Le préhenseur sert à saisir le support sur lequel est fixé la culasse ; cela permet de manutentionner la culasse entre les différents postes d'usinage sans l'abimer.

Présentation du système[modifier | modifier le wikicode]

Le préhenseur est composé de deux pinces pouvant coulisser par rapport à un châssis : une pince avec deux doigts de préhension, une pince avec un seul doigt. L'ouverture symétrique des pinces est commandée par deux biellettes reliées à un vérin pneumatique.

Cliquer sur les images ci-dessous pour les agrandir.

But de l'étude[modifier | modifier le wikicode]

L'étude proposée permet d'appréhender le fonctionnement du préhenseur.

Hypothèses pour l'étude[modifier | modifier le wikicode]

  • On suppose que toutes les liaisons sont parfaites (frottement entre les pièces négligé) ;
  • tous les déplacements des pièces ou ensembles se font dans le plan (O, x, y ) ;
  • le poids des pièces est négligeable devant les autres efforts ;
  • toutes les actions se situent dans le plan (O, x, y ).

Documents techniques[modifier | modifier le wikicode]

Cliquer sur les images pour agrandir.

Analyse fonctionnelle et structurelle du préhenseur[modifier | modifier le wikicode]

Question 1

Compléter les classes d'équivalence cinématiques CE1, CE4 et CE5 du préhenseur en listant les composants appartenant à ces classes. Utiliser les repères des donnés sur les documents techniques ci-dessus.

CE 1 : {1 ; …
CE 2 : {25 ; 23 ; 19 ; 29 ; 30}
CE 3a : {20a}
CE 3B : {20b}
CE 4 : {4 ; …
CE 5 : {24 ; …
Question 2

Compléter le tableau des mobilités entre classes d'équivalences et nommer les liaisons correspondant à ces mobilités.

Tx Ty Tz Rx Ry Rz Désignation de la liaison
CE 1/CE 2
CE 2/CE 3a
CE 2/CE 3b
CE 3a/CE 4
CE 3b/CE 5
CE 1/CE 4
CE 1/CE 5
Schéma cinématique (à compléter).
Question 3

Indiquer (en remplissant les cadres) les classes d'équivalence du préhenseur sur le schéma cinématique ci-contre.

Solution[modifier | modifier le wikicode]

Chaîne de palettisation[modifier | modifier le wikicode]

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Annale de sujet d'examen
Cet exercice est tombé au Bac pro MEI en 2009.

Une palette de manutention est un support destiné à recevoir des produits pour leur stockage et leur transport. Ses dimensions sont normalisées, on sait ainsi exactement combien on peut stocker de produits dans un entrepôt ou dans un conteneur.

Nous étudions ici une chaîne automatisée chargée de mettre sur palette des cartons.

Dossier présentation (DP)[modifier | modifier le wikicode]

Présentation de l'entreprise et du produit

La chaîne de production qui nous intéresse se trouve dans une brasserie traditionnelle de la région Nord-Pas-de-Calais. Cette entreprise, qui emploie une trentaine de personnes, a su évoluer vers les technologies nouvelles et l'automatisation de la chaîne de conditionnement lui permettant aujourd’hui de brasser 35,000 hectolitres de bière par an (1 hectolitre = 100 litres).

Les différentes fonctions de la chaîne de conditionnement

La chaîne de conditionnement permet l'emballage de la totalité des productions : les bouteilles à bouchon mécanique de 25, 33 et 65 cl, les bouteilles de 75 cl avec bouchon en liège, les mini fûts de 5 l, les magnums de 1,5 l et 2 l, les boîtes de 50 cl.

La configuration qui nous préoccupe aujourd’hui est celle permettant le conditionnement des bouteilles de 75 centilitres avec bouchon en liège. L'ensemble des tâches réalisées est totalement automatisé, les illustrations ci-dessous permettent d’en décrire la chronologie.

Chronologie du procédé de conditionnement

L'orientation des cartons assure la stabilité de l'empilement
Les caractéristiques d'une palette
  • Par obligation de transport, les palettes sont au format européen.
  • Chacune d'entre elles comporte 5 couches appelées strates.
  • Pour la production qui nous intéresse, chaque strate comporte 21 cartons de six bouteilles de 75 centilitres.
  • Pour accroître la stabilité de la palette, les strates sont empilées de façon à ce que la strate du dessus soit positionnée avec une orientation d'un quart de tour (90°) par rapport à la précédente.
  • La 1re, la 3e et la 5e strate déposées sur le plateau sont appelées strates impaires.
  • La 2e et la 4e strate déposées sur le plateau sont appelées strates paires.
La sécurité sur la chaîne de palettisation

La prévention des différents risques d'accident est une des préoccupations essentielles de l'entreprise, l'accès aux différents postes est réglementé. La présence de grilles aux endroits sensibles constitue une protection par éloignement.

L'ouverture permettant la sortie des palettes pleines est protégée par une barrière immatérielle qui donne l'alerte et arrête la chaîne en cas d'intrusion inopinée. Le faisceau se coupe automatiquement lors du passage d'une palette.

Notes[modifier | modifier le wikicode]

  1. le ballon est le réservoir cylindrique terminé par deux fonds bombés
  2. un piquage est un trou dans le ballon, auquel on raccorde un manchon, un tuyau
  3. trappes de visite
  4. tôle roulée et soudée formant un cylindre creux, un « tube »
  5. collerette soudée sur un tuyau ; le tuyau se termine ainsi par un plat, ce qui permet de raccorder autre chose : autre tuyau, vanne, ou ici le couvercle