Ecole Nationale Suprieure dArts et Mtiers Rappor tde Pr oj etde Bur eau dEt ude I I I Robotde mesur e acoust ique Par les lves Ingnieurs :Hind BENAMER Asmae ELMEJDOUBI

Anne Universitaire 2010-2011 Encadr par :M.MOUCHTACHI M.SALLAOU RE M E RCI M E N T S Autermedecetravail,cestundevoiragrabledexprimerenquelqueslignesla reconnaissanceetlagratitudequenousdevonstousceuxdontonasollicitlaideetla collaboration. NotregratitudesadressetoutspcialementM.MOUCHTACHIetM.SALLAOU, pour cette bnfique initiative concernant la mise en uvre dun projet du bureau dtude, qui apourbutdamliorerlespritcratifchezleslvesingnieurs,dacquriretassimilerles notionsdebase,delaconstructionmcanique,etaussidedcouvrirunenouvellediscipline en perptuelle volution qui est la robotique. Sommai r e Introduction.6 Ch I : Analyse Fonctionnelle 1Analyse Fonctionnelle ....................................................................................................7 1.1Cahier des charges initial ..........................................................................................7 1.1.1Utilit du systme ..............................................................................................7 1.1.2Contraintes du fonctionnement ..........................................................................7 1.2Validation du besoin .................................................................................................8 1.3Diagramme BETE A CORNES ..........................................................................8 1.4Situation de vie:........................................................................................................8 1.4.1Situations de vie C : conception et fabrication ...................................................9 1.4.2Situation de vie F : fonctionnement normal ..................................................... 10 1.4.3Situation de vie A : Fonctionnement anormal : ................................................ 11 1.4.4Situation de vie S : installation et montage..................................................... 11 1.4.5Situation de vie R : rparation et entretien ....................................................... 12 1.5Critres dapprciation des fonctions ...................................................................... 12 1.6Cahier des charges fonctionnel ............................................................................... 13 Ch II: Elaboration de FAST 1FAST : Solutions de maillage ....................................................................................... 15 2Solutions proposes ...................................................................................................... 17 2.1Solution 1 ............................................................................................................... 17 2.2Solution 2 ............................................................................................................... 17 2.3Solution 3 ............................................................................................................... 17 2.4Solution 4 ............................................................................................................... 17 2.5Solution 5 ............................................................................................................... 18 3Choix de solution .......................................................................................................... 18 4FAST gnral ............................................................................................................... 18 5Schma architectural ..................................................................................................... 23 Ch III: Dimensionnement 1Choix de matriau ......................................................................................................... 24 2Choix de capteur sonore ................................................................................................ 24 3Dimensionnement de la liaison glissire suivant x ......................................................... 25 3.1Choix de moteur ..................................................................................................... 25 3.2Dimensionnement du systme pignon crmaillre................................................... 25 3.3Dimensionnement de la clavette entre le pignon et larbre du moteur ...................... 25 3.4Frettage de la crmaillre et de larbre .................................................................... 25 4Dimensionnement de la rotation suivant Y .................................................................... 27 4.1Choix de moteur ..................................................................................................... 27 4.2Dimensionnement du rducteur .............................................................................. 27 4.2.1Calcul du diamtrede la 1reroue .................................................................... 27 4.2.2Calcul de module............................................................................................. 28 4.2.3Calcul de nombres de dents ............................................................................. 28 4.3Dimensionnement de la clavette entre le pignonet larbre de sortie du moteur ....... 28 4.4Frettage de la roue de lengrenage conique et de larbre .......................................... 29 5Dimensionnement du 1er systme vis crou ................................................................... 30 5.1Choix du moteur ..................................................................................................... 30 5.2Dimensionnement de le vis ..................................................................................... 30 5.3Vrification ............................................................................................................ 31 5.4Condition de rversibilit ....................................................................................... 31 6Dimensionnement de lacroix de Malte ........................................................................ 31 6.1Rayon de maneton .................................................................................................. 32 6.2Demi angle de rotation ........................................................................................... 32 6.3Profondeur min dune rainure ................................................................................. 32 6.4Rapport de mouvement ........................................................................................... 32 6.5Equation de mouvement ......................................................................................... 32 6.6Couple dinertie ...................................................................................................... 33 6.7Analyse de dformations ........................................................................................ 33 7Dimensionnement du 2me systme vis crou ................................................................. 34 7.1Mouvement de rotation de la vis ............................................................................. 34 7.2Dimensionnement de le vis ..................................................................................... 34 7.3Vrification ............................................................................................................ 35 7.4Condition de rversibilit ....................................................................................... 35 8Equation du dplacement .............................................................................................. 36 9Dimensionnementde larbre de sortie de moteur .......................................................... 36 9.1Roulements la sortie du Moteur asynchrone ......................................................... 36 Conclusion40 Bibliographie.41Annexe..42 I N T ROD UCT I ONJusque dans les annes 60, la robotique tait plus un thme de science-fiction qu'une ralit. Puis, aprs avoir t essentiellement un domaine de recherche scientifique, la robotique a fait ensuite son apparition dans l'industrie. Aujourd'hui, elle commence intgrer notre quotidien. Actuellement, de plus en plus de robots sont crs dont la technicit et les comptences s'amliorent rgulirement. La premire gnration avec les robots industriels normes, lourds et maladroits mais qui peuvent effectuer plusieurs tches ennuyeuses et pnibles dans les usines. La deuxime gnration offre des robots plus petits et moins encombrants. Ils peuvent assembler des petites pices avec une prcision dun dixime de millimtre Ainsi, le progrs technique ne cesse dvoluer et les robots qui deviennent deplus en plus performants. Aujourdhui, ils ont des camras pour voir, des capteurs tactiles ou sonore et de meilleurs langages de programmes pour communiquer avec lhomme. Le robot spatial existe dj et pourra effectuer des travaux colossaux de construction dans lespace comme construire sur dautres plantes et des cits de lespace. Le prsent rapport contient ltude de la conception dun bras de robot positionn dans une chambre acoustique et qui a comme rle la mesure du bruit gnr par un appareil industriel.Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 7 Ch.I: AnAl yseFonct i onnel l e M ise en situationLa mesure du bruit prend de plus en plus d'importance dans tous les domaines en tant quepartieessentielledelatechniquedemesuredel'environnement.Aveclesrobotsde mesure acoustique, on peut positionner une sonde sonore pour valuerla conformit au bruit d'un quipement industrie. 1 Anal yse Fonct i onnel l e 1 .1 Cahi erdes char ges i ni t i al 1 .1 .1Ut i l i t du syst me Lerobotconcevoirdoitmesurerlapuissanceacoustiquepartirdunesourcede bruit.Lappareilestinstalldansunechambreanchoqueetconstituduncapteursonore. Cedernierfaitunerotationsphriqueautourde lasourcedebruitetenregistrelesmesures point par point. 1 .1 .2 Cont r ai nt es du fonct i onnement -Mesurer la puissance acoustique partir de 100 points ; -Autoriser un niveau de bruit parasite infrieur 40dB ; -Le capteur se dplace autour de la source de bruit selon une forme sphrique de diamtre maxi 1m et de hauteur 1m ; -Le capteur se dplace une vitesse minimale de 0,1m/s ; -Prcision de positionnement du capteur est de 5mm ; -Lnergie lectrique disponible est 220V ou 380V triphass ; -Eviter la collision avec la source sonore ; -Interchangeabilit ; -Respect de normes et du rglement. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 8 1 .2 Val i dat i on du besoi nBut-Mesure de puissance acoustique de 100 points. Raisons-Caractriser la nocivit dune machine en tant que source de bruit ; -Rduire le bruit dun appareil industriel. Le besoin est valid. 1 .3 Di agr amme BET E A CORNES 1 .4 Si t uat i on de vi e: -Conception ; -Fabrication ; -Fonctionnement normal ; -Fonctionnement anormal ; A qui (quoi)rend-il service ? Sur qui (quoi) agit -il ? UtilisateurSource sonore Robot de mesure acoustique D ans quel but? M esurer la puissance acoustique Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 9 -Arrt prolonge ; -Installation et montage ; -Rparation et entretien. 1 .4 .1 Si t uat i ons de vi e C : concept i on etfabr i cat i on CFC1 : Satisfaire au cahier de charges initial. CFC2 : Respecter le dlai dtude. CFC3 : Respecter les normes et rglements. CFC4 : Concevoir un prix optimal. CFC5 : Utiliser la matire premire disponible. CFC6 : Concevoir pour un prix optimal Robot de mesure acoustique Cahier de charges Mat ire premire CFC1 CFC2 CFC3 CFC4 CFC5 CFC6 Budget Normes et rglements March D lai dt ude Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 10 1 .4 .2Si t uat i on de vi e F : fonct i onnementnor mal FP1 : Permettre au capteur de se dplacer autour de la source ; FP2: Permettre au capteur de mesurer la puissance acoustique ; FP3: Permettre lordinateur denregistrer les points mesurs par le capteur ; FC1 : Commander par lordinateur ; FC2 : Ne pas gnrer un bruit parasite ; FC3 : Fournir lappareil en nergie lectrique ; FC4 : Rsister lambiance extrieure ; FC5 : Assurer la non collision entre le robot et la source sonore. EnvironnementPuissance acoustique Chambre FC4 FC1 FC2 FP1 Energie lect rique FC3 FP2 Ordinateur Capteur sonore FP3 Robot de mesure acoustique Source sonore FC5 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 11 1 .4 .3 Si t uat i on de vi e A : Fonct i onnementanor mal: AFC1 : Faciliter laccs lappareil pour le maintenir. AFC2 : Eviter linsertion des impurets. AFC3 : Assurer la scurit de loprateur et du systme. 1 .4 .4 Si t uat i on de vi e S : i nst al l at i on etmont age SFC1 : Utiliser loutillage standard. SFC2 : Permettre lalimentation du systme. EnvironnementRobot de mesure acoustique Cblage SFC2 SFC1 Maintenance Environnement Scurit AFC3 AFC1 AFC2 Robot demesure acoust ique Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 12 1 .4 .5 Si t uat i on de vi e R : r par at i on etent r et i en RFC1 : Assurer linterchangeabilit des pices. RFC2 : Assurer la scurit du rparateur. 1 .5 Cr i t r es dappr ci at i on des fonct i onsFP1 : Permettre au capteur de se dplacer autour de la source ; FP2: Permettre au capteur de mesurer la puissance acoustique ; FP3: Permettre lordinateur denregistrer les points mesurs par le capteur ; FC1 : Commander par lordinateur ; FC2 : Ne pas gnrer un bruit parasite ; FC3 : Fournir lappareil en nergie lectrique ; FC4 : Rsister lambiance extrieure ; FC5 : Assurer la non collision entre le robot et la source sonore. FP2FP3FC1FC2FC3FC4FC5Pt% FP1FP22FP12FP12FP13FC3 2FP1 2FP1 2110.26 FP2FP2 2FP2 2FP23FC3 2FP22FP2 2110.26 FP3FC12FP3 1FC3 2FP32FP3 140.09 FC1FC1 2FC3 2FC1 2FC1 150.119 FC2FC3 3FC2 3FC5 330.07 FC3FC3 3FC3 360.14 FC4FC5 220.04 42100 ScuritRobot de mesure acoustique RparateurRFC1 RFC2 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre I : Analyse Fonctionnelle 13 1 .6 Cahi erdes char ges fonct i onnel fonctions Critre dapprciation Niveau dapprciation flexibilit Taux dchange FP1 ovitesse o 0.1 m/so ___o ___ o forme o sphrique 1m et h=1m o 5mmo ___ o pointso 100pointso ___o ___

FP2 oPuissance ochambres anechoique o _____ o Hmin=3m _____________ FP3____________________________ FC1o____ o ____o __o ___ FC2o bruito 40dBo ___o ___ FC3o Tension o220ou 380V Triphas o ___ oRespect desnormes du cblage FC4o ___o ____o __ oRespect desnormes misenten vigueur FC5o ___o ___o __ o ___ Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 14 Ch.I I: El a bor a t i ondu Fa st Introduction CechapitrecontientllaborationduFAST,lesdiffrentessolutionspossibleset finalement le choix de la solution la plus performante, rapide et efficace. Pourexpliquerclairementlasolutionadopte,voustrouverezleschmaarchitectural quimetenvidencelapositionrelativedesdiffrentesliaisonslmentairesentreles ensembles et le schma technologique qui dcrit lagencement des principaux composants du robot. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 15 1 FAST: Sol ut i ons de mai l l age Laison rotule suivant y FT121 Laison pivot FT121 Laison encastrement FT121 Tracerle cercledans leplan (x,z) FT21 Liaison glissire par rapport au bras FT121 Laison pivot FT121 Laison encastrement FT121 Fairevarier lerayondu cercle FT 22 Assurerle maillageselonune formedemi sphrique FT2 Laison encastrement FT121 Translation FT121 Sedplacer suivant laxe y FT23 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 16 Positionner lecapteur surle centre dela source FT23 Laison glissire suivant x FT121 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 17 2 Sol ut i ons pr oposes 2 .1 Sol ut i on 1Lemaillagedelasourcesonoresousuneformedemisphriqueseraassurparla combinaison de trois mouvements suivant :-Encastrement du bras terminal par rapport au bras ; -Rotule du bras par rapport au robot ; -Translation du robot par rapport la chambre. Cetteconfigurationnousmneavoirdeslmentsdemaillagesousformedeplans parallles au plan (y,z). 2 .2 Sol ut i on 2Lemaillagedelasourcesonoresousuneformedemisphriqueseraassurparla combinaison de trois mouvements suivant :-Rotule du bras terminal par rapport au bras ; -Liaison pivot du bras par rapport au robot ; -Translation du robot par rapport la chambre. Cetteconfigurationnousmneavoirdeslmentsdemaillagesousformede spirales. 2 .3 Sol ut i on 3Lemaillagedelasourcesonoresousuneformedemisphriqueseraassurparla combinaison de trois mouvements suivant :-Rotule du bras terminal par rapport au bras ; -Encastrement du bras par rapport au robot ; -Translation du robot par rapport la chambre. Cette configuration nous mne avoir des lments de maillage sous forme de cercles de petits rayons qui couvrent toute la surface de la source. 2 .4 Sol ut i on 4Lemaillagedelasourcesonoresousuneformedemisphriqueseraassurparla combinaison de trois mouvements suivant :-Translation du bras terminal par rapport au bras ; -Rotation du bras par rapport au robot ; -Translation du robot par rapport la chambre. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 18 Cette configuration nous mne avoir des lments de maillage sous forme de cercles cocentriques de rayon de plus en plus grand et parallles au plan (x,z). 2 .5 Sol ut i on 5Lemaillagedelasourcesonoresousuneformedemisphriqueseraassurparla combinaison de trois mouvements suivant :-Liaison pivot du bras terminal par rapport au bras ; -Rotule du bras par rapport au robot ; -Translation du robot par rapport la chambre. Cetteconfigurationnousmneavoirdeslmentsdemaillagesousformede spirales. 3 Choi x de sol ut i on Onchoisitlasolution4parcequelleprsenteplusieursavantagesparrapportaux autressolutionsproposes,notamment :Laprisedepointsestplusfacile,etfaitedefaon ordonne. Aussilecheminquesuitlecapteurestpluscourt.Ledplacementdurobotchoisi minimise le risque de la collision avec la source. 4 FASTgnr al 19 Permettre au capteur de mesurer la puissance acoustiquFP Positionner le capteur dans le bras FT1 Mcanique S1 hydrauliqueS2 pneumatiqueS3 Liaison mcanique dmontable FT11 douilleS3 ManchonS2 Par pincement FT111 Manchon douilleSAssurerle maillageselonune formedemi sphrique FT2 Tracerle cercledans leplan (x,z) FT21 Laison pivot suivant y FT211 Moteur + rducteur Croix de Malte Fairevarier lerayondu cercle FT 22 Moteurpaspas+vis Moteur +Croix de Malte + vis crou Moteur pas pas + vrinMoteur+Croixdemalte + vrin Laison glissire par rapport au bras FT221 20 Sedplacer suivant laxe y FT23 Translation FT231 A lment roulantS3 Sans contact directS2 Acontactsurfacique direct S1 Syst mebi el l e mani vel leS10 Syst me cameS11 gl i ssi er eS12 Vi s cr ouS13 ChanesS15 Pi gnon-cr mai l l r eS14 Vr i n pneumat i que ou hydr aul i que S16 21 Mot eur S24 Moteur pas pasS3 Moteur synchrone S2 Moteur asynchrone S1 Moteur courant continu S4 Reduct eurS25 Roue et vis sans fin S3 Poulie courroie S2 Engrenage S1 FT5 Transformer lnergie lectrique en nergie mcanique Positionner lecapteur surle centre dela source FT24 A lment roulantS3 Sans contact directS2 Acontactsurfacique direct S1 Syst mebi el l e mani vel l eS17 Syst me cameS1gl i ssi er eS1Vi s cr ouS2ChanesS22 Pi gnon-cr mai l l r eS2Vr i n pneumat i que ou hydr aul i que S23 Translation FT241 22 FC2Supporter lacharge et le poids Adapter le matriau FT1 Choisir et dimensionner les pices FT2 Rails S31 Chariot S30 CarterS29 FC1 Assurer la scurit LimiteurS26 Embrayage S27 FreinS28 Centrifuge S3 A sabot S2 A disquesS1 SangleS4 FC3 Faciliter lalimentationCble pliableS32 Glissire S2 CbleS1 FC4 Rsister au milieu ambiant Joints S33 GraisseurS34 HuilesS35 Adapter les matriaux FT3 Faciliter laFT2 Assurer ltancheitFT1 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre II : Elaboration du FAST 23 5 Schma ar chi t ect ur al Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 24 Ch.I I I: Di mensi onnement & ca l culIntroduction Dansleprsentchapitre,onvadimensionnerlesdiffrentscomposantsdubrasde robot,notamment,lesmoteursquignrentlesmouvementsderotation,lesdiffrentes solutionsquinouspermettentdetransformerlesmouvementsdonnsparlesmoteursen mouvementdetranslationdiscontinueouderotationdiscontinue,etceladanslintentionde balayer en hauteur et en diamtre la source sonore positionne dans la chambre acoustique et mesurer laide dun capteur sonore le bruit gnr par cette dernire. 1 Choi x de mat r i au Onchoisitpourlesystmeunmatriau42CD4dontlescaractristiquessontles suivantes : -Rp = 750MPa 1300MPa ; -Rm = 780MPa 930MPa ; -A%=10/14 ; -oq=300MPa. Pour le coefficient de scurit on adopte : S=3. 2 Choi x de capt eursonor e Le capteur fix dans le bras final du robot et qui enregistre les mesures de vibration est choisi partir dun catalogue de fournisseur UEM System INC (Voir annexe 2) qui a comme caractristique : -Matriau : Aluminium ; -Poids : 0.45Kg ; -Seuil minimal : 23dB ; -Sensibilit : 8positions de prcision ; -Dimension : 13.3*6.7*4.5 cm3. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 25 3 Di mensi onnementde l a l i ai son gl i ssi r e sui vantx 3 .1 Choi x de mot eur Afindercuprerune translationdiscontinue,on optepourunmoteurlectriquepas pas qui nous donne, laide dune commande binaire, le pas dsir de translation. Dans notre cas, on a choisit le moteur pas pas de dsignation 57BYG621 : Les caractristiques de ce moteur sont : Pas minimal : 1,8 ; C= 12.5kg.cm=1,25N.m ; La masse m=7kg. 3 .2 Di mensi onnementdu syst me pi gnon cr mai l l r e Onachoisitdassurerlatranslationdurobotdanslachambreacoustiqueparune crmaillre parcequon peut avoir la longueur quon veut sans que celle-ci flchisse.On prend le nombre de dent du pignon Zp = 19 avec un rayon Rp=25mm. Le systme pignon crmaillre choisi est aussi fabriqu par le mme acier, donc Rp=750MPa. Alors le module du pignon doit vrifier la relation suivante m > _2,3 2MtkRpz3 OrMt= C = 1,25N.m Doncm>4,52ainsi,onprendm=5.Cemodulenousdonnelalargeurdesdents b=k*m=50mm. Ainsi, la crmaillre doit aussi avoir le mme module qui est 5. La longueur de la crmaillre est de 500mm afin de pouvoir arriver au centre de la source. 3 .3 Di mensi onnementde l a cl avet t e ent r e l e pi gnon etl ar br e du mot eurLarbre de sortie du moteur a comme diamtre 6,35mm, alors les caractristiques de la clavette parallle en question sont : - a=2 ; b=2 et l varie entre 6 et 20 mm. Cependant, la condition de non matage nous donne la relation suivante : p =4 CJ l b< poJm Comme on est dans des bonnes qualits de travail, on a padm=100MPa. Alors l>4mm, donc on choisit l=10mm. La clavette choisie est une clavette parallle de type a de dsignation 2*2*10. 3 .4 Fr et t age de l a cr mai l l r e etde l ar br e On aRapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 26 Diamtre nominal du frettage d=100mm Longueur frette l=1*d=100mm Diamtre externe du moyeu D=200mm Diamtre interne de larbre di=80mm Les caractristiques de larbre et du moyeu sont identiques : E=200GPa v=0,3 Re=300MPa Rp0,2 = 610 MPA Coefficient dadhrence f=0.1 -Calcul de la pression minimale On a Pmin =2 k C I I d d = 2,38MPa Avec : C=1,25Nm et k=3 -Calcul de serrage minimal relatif minJ=2 PminE=J2( 2 Ji2)( 2 J2) ( J2 Ji2) Alors on a min = 7,4*10-5mm -Choix de la qualit de la ralisation des pices Daprs le tableau qui relie le diamtre des arbres avec la qualit, on trouve qualit 6-7. Alors lintervalle de tolrance sur larbre ITA gale 20m et lintervalle de tolrance sur le moyeu gale 46m. Ainsi le serrage maximum est 73,4*10-3mm -Calcul de la pression maximum de frettage On a Pmox =PmIn maxmIn = 23,6MPa -Vrification de la rsistance mcanique La valeur maximale sur larbre ocmox =Rp0.2S= 488 MPaEn prenant S=1.25 et Rp0.2=610MPa La valeur maximale sur le moyeu = Pmaxd2D2-d2 _1 + 3 (Dd)4= 55 MPa < 488 Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 27 La valeur maximale sur larbre = 2 Pmaxd2D2-dI2= 131,11MPa < 488 La rugosit, pour larbre, est de 0.8m.La rugosit, pour le moyeu, est de 1,6m.Le lissage est de 5m. -Vrification des conditions de montage Le jeu minimum lors de lassemblage est j=0.15. La dilatation thermique du diamtre du moyeu est a=Amaxi+j+lissage=78,55*10-3mm La valeur de leffort minimale est Fmin = l d f Pmi n = 7477N La valeur de leffort maximale est Fmox = l d f Pmax = 74,14KN. 4 Di mensi onnementde l a r ot at i on sui vantY Ce mouvement assure la rotation du capteur autour de la source sonore. La trajectoire est sous forme de cercle. 4 .1 Choi x de mot eurPourralisercemouvement,onachoisitdemettreenplaceunmoteurasynchronecage ayant les caractristiques suivantes : Vitesse de rotation : 750 tr/min ; Puissance P= 50w ; La masse m=7kg ; Indice de protectionIP=55 4 .2 Di mensi onnementdu r duct eurPour avoir en sortie une rotation suivant laxe Y, on associe larbre de sortie dumoteur un engrenageconiquedenturesdroites(Parcequelesdeuxarbresendesaxes perpendiculaires). 4 .2 .1 Cal culdu di amt r ede l a 1r er oue On a Jm1 _[4 C Ku K Khb+m (zm zh Shchmn Khn z zw3)= 2,5 mm En utilisantles coefficients suivant : -Ka=1 ; -Kv=1,15 ; -Khb=1, 35 ; -Khn=1; Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 28 - Vrm =0,35 ; -Zm = 271; - Zr=1; - Zw=1; -Sh= 1,5. On prend r=1 et un matriau Acier 40 Cr10 un ayant omin = 201,27 HPo d1= dm1 (1+ 0,5Vrm)= 60 mm avecdm1= 50mm 4 .2 .2 Cal culde modul e On a mn=4 C Ku K K]b Ku ] sny1 S]+m dm12 chmn K]n s ]s = 0,025 En utilisantles coefficients suivant : -Ko=1 ; -Kv=1,15 ; -Kfb=1, 35 ; -Kfn=1; -Yf=3 (daprs labaque); - siny1 = 0,2[ y1 = Arctong[13 = 18.43; - omin = 155,3 HPo; On a m= mn(1+ 0,5 Vrm) = 0,023 m = 1,25 ( :olcur normolisc) ; 4 .2 .3 Cal culde nombr es de dent s Zmax= 601,25= 48 Jcnts ; Le rapport de cet engrenage est r =z2z1 Z2= r Z1 = 96Jcnts Le diamtre de la deuxime roued2= Z2 m = 120mm La largeur de la dent b= k m = 10 1,25 = 12,5mm 4 .3 Di mensi onnementde l a cl avet t e ent r e l e pi gnonetl ar br e de sor t i e du mot eur Le diamtre du pignon de lengrenage conique est de 60mm, alors les caractristiques de la clavette parallle en question sont : - a=2 ; b=2 et l varie entre 6 et 20 mm. Cependant, la condition de non matage nous donne la relation suivante : p =2 CJ l o< poJm Comme on est dans des bonnes qualits de travail, on a padm=100MPa. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 29 Alors l>1.05mm, donc on choisit l=8mm. La clavette choisie est une clavette parallle de type a de dsignation 2*2*8. 4 .4 Fr et t age de l a r oue de l engr enage coni que etde l ar br e On aDiamtre nominal du frettage d=100mm Longueur frette l=1*d=100mm Diamtre externe du moyeu D=300mm Diamtre interne de larbre di=80mm Les caractristiques de larbre et du moyeu sont identiques : E=200GPa v=0,3 Re=300MPa Rp0,2 = 610 MPA Coefficient dadhrence f=0.1 -Calcul de la pression minimale On a Pmin =2 k C I I d d = 0.012MPa Avec : C=0.64Nm et k=3 -Calcul de serrage minimal relatif minJ=2 PminE=J2( 2 Ji2)( 2 J2) ( J2 Ji2) Alors on a min = 1.2*10-5mm -Choix de la qualit de la ralisation des pices Daprs le tableau qui relie le diamtre des arbres avec la qualit, on trouve qualit 6-7. Alors lintervalle de tolrance sur larbre ITA gale 20m et lintervalle de tolrance sur le moyeu gale 52m. Ainsi le serrage maximum est 72.012*10-3mm -Calcul de la pression maximum de frettage On a Pmox =PmIn maxmIn = 72.012MPa -Vrification de la rsistance mcanique Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 30 La valeur maximale sur larbre ocmox =Rp0.2S= 488 MPaEn prenant S=1.25 et Rp0.2=610MPa La valeur maximale sur le moyeu = Pmaxd2D2-d2 _1 + 3 (Dd)4= 140.6 MPa < 488 La valeur maximale sur larbre = 2 Pmaxd2D2-dI2= 17.22MPa < 488 La rugosit, pour larbre, est de 0.8m.La rugosit, pour le moyeu, est de 1,6m.Le lissage est de 5m. -Vrification des conditions de montage Le jeu minimum lors de lassemblage est j=0.15. La dilatation thermique du diamtre du moyeu est a=Amaxi+j+lissage=77,16*10-3mm La valeur de leffort minimale est Fmin = l d f Pmi n = 37.7N La valeur de leffort maximale est Fmox = l d f Pmax = 226.3KN. 5 Di mensi onnementdu 1er syst me vi s cr ouOn a opt pour cette solution qui permet dassurer la translation discontinue du boitier qui contientlengrenageconiqueetcepourquelecapteurpuissebalayerdiffrentsniveaudela source .le guidage en translation de lensemble est garantie par une rainure en V. 5 .1 Choi x du mot eurPour assurer la vis un mouvement de rotation discontinue, on choisit un moteur pas pas de dsignation 57BYG621, dont lescaractristiques sont les suivantes : Pas minimal : 1,8 ; C= 12.5kg.cm=1,25N.m ; La masse m=7kg. 5 .2 Di mensi onnementde l e vi s Pourfaireundimensionnementcorrectetavoirunrendementdusystmeamlioron choisit un systme vis crou avec billes circulantes. A partir du graphe (annexe), on fixe le diamtre de la vis 15 mm et son pas 3mm. Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 31 La dsignation de la vis choisit est BKS315. La longueur de la vis qui assure le deplacement de lcrou suivant une course de 800mm estL= 800 mm. La force applique sur la surface de contact F est calcule partir de cette formule : C 2 n 0,95 = F P C : couple du moteur. P : pas de la vis. F= 2,48 KN. 5 .3 Vr i fi cat i on Le couple ncessaire Ma pour dplacer lcrou doit tre infrieur au couple moteur : Ma=P P S2000 n 0,95 = 1,56 10-3Nm< C = 1,25 Nm On prend le coefficient de scuritS=1,25Donc le couple choisit peut parfaitement nous assurer le mouvement dsir. La vitesse de rotation critique est calcule partir de la formule : n =1,2 x 10 8x u d0L2= 2812,5en (t/mn) n =80% de la premire vitesse critique. d0 = diamtre fond de filet de la vis (mm). L = 800mm longueur de la vis a = 1 facteur caractrisant le montage La puissance motrice ncessaire est calcule partir de la formule suivante : Pa=Mu n9550 = 0,46 10-3 5 .4 Condi t i on de r ver si bi l i t Pourquelerobotpuissefairedescyclesrptitifs,lemouvementdelavisdoittre rversible et cela dpend de linclinaison des hlicesy. En prsence de frottement f= tg () = 0,05 = > = 2,86 ,la condition de rversibilit est : < y = 2,86 ,la condition de rversibilit est : < y Z1 = Z2 = 0 Y2 = - C/ O1 O2 etY2 = C/ O1 O2

Donc Fr = Z2+ 2,ce qui faitFr1 = Fr2 = C/ O1O2 EtX1 = 0 etX2 = - C/r Pour le roulement 1, on a : Fa = 0 N Fr = 53,3 N Et pour le roulement 2 : Fa= 10,66 N Fr = 64 N Donc le roulement 2 est le plus charg, ainsi on va calculer sa dure de vie nominale. AlorsFa/C0= 0 ,02 e= 0.22 Fa/Fr = 0.16 < e P = Fr = 64 N Calcul de q minimal de larbre OnchoisitcommerepreR(O,x,y,z)mentionnci-dessusetsoitletorseurdecohsion suivant : NMfxc = T1 MtT2 MfzA L= 106787,1h Rapport de projet de Bureau dEtude III Chapitre III : Dimensionnement 39 -On isole le premier tronon OA Mfx=0Mt=0.64Nm Mt=CMfy=0 Mfz =0Mfz=0 Donc daprs le critre de VON MISES, on trouve oq minimal : ( ) ( )24 424 416332||.|

\| +||.|

\| =d DD Mtd DD Mfeq = 0.03MPa Ainsi,ondoitutiliserunmatriauquiaoadm=3*oq=3*0.03=0.1MPa.Donc,lematriau choisi est convenable pour la fabrication de cet arbre.

40 ConCl usion Pour fairela conception dun bras de robot quimesurelebruit gnr par unesource sonore,onadupassparunetudedanslesartsdenormedesdiffrentscomposantsqui constituent le compos final et les liaisons entre eux qui nous donne le mouvement souhait.DansceprojetdeBureaudEtude3,onaeurecoursunnouveautypedemoteur lectriquequiestlesmoteursPasPasquidonneensortieunmouvementderotation discontinue caractrise par langle de pas. La ncessit davoir un mouvement de translation discontinue nous a men associer au moteur asynchrone et au systme vis crou une croix de Malte.

41 BIBLIOGRAPHIE produit mtallurgique. directindustry.fr. [En ligne] Moteurs lectriques industriels LENZZE. [En ligne] Capteur UEM System INC, [En ligne] CHEVALIER,Andr.2004. Guide de dessinateur industriel. s.l. : HACHETTE Technique, 2004. catalogues de SKF. s.l. : ISO. SPENLEetCAURHANT.2001.Guideducalculenmcanique.s.l. :HACHETTE Technique, 2001. Michel. 2000. Systmes mcaniques. s.l. : DUNOD, 2000. M.MOUCHTACHIetM.SALLAOU.4meanne.CoursdeBureaud'EtudeIII.4me anne. M. BAMOHAMMED, M. MOUSSAMI et M. SALLAOU. 3me anne. Cours de Bureau d'Etude I. 3me anne. M.ABOUSALLAHetM.KHELLOUKI.3meanne.CoursdeBureaud'EtudeII.3me anne

42 Annex e

43 Annexe11 .Anal yse

44 2 . Cas st at i que

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46

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48 Annexe2

49 Annexe 3 Catalogue Moteur Pas Pas