Département Génie Industriel et Maintenance

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Thème : Batteur - Mélangeur Le sujet comporte : • Dossier technique : Mise en situation, documents techniques, extraits de normes ou de catalogues,... • Dossier de travail : Sujet • Dossier réponse : Documents à compléter et à rendre obligatoirement. Temps conseillé pour chaque partie • Lecture du sujet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5 h • Partie 1 : Etude des solutions mises en oeuvre pour assurer la sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.0 h • Partie 2 : Analyse technique du mécanisme de réduction de vitesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 h • Partie 3 : Modification du mécanisme . (a faire chez soi). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 h Les trois parties sont indépendantes.

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DOSSIER DE TRAVAIL Contenu du dossier sur 4 pages • Description du système • Evolution du produit • Utilisation • Sécurité • Première partie : Etude des solutions technologiques mises en oeuvre pour assurer la sécurité de

l’utilisateur • Deuxième partie : Analyse technique du mécanisme de réduction de vitesse • Troisième partie : Modification du mécanisme

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DESCRIPTION DU SYSTEME

Suivre sur le document DT01 du dossier technique. Le batteur mélangeur BE10 (DT01 - figure 1) est un appareil professionnel pour la boulangerie, la pâtisserie ou la cuisine, conçu pour pétrir toutes sortes de pâtes, émulsionner les sauces, foisonner les blancs d’oeufs et mélanger ou malaxer différentes préparations. Il comprend essentiellement : • Un bâti en tôle peinte reposant sur un piétement équipé de quatre patins réglables, qui renferme :

• le moteur, • le variateur de vitesse électronique, • le tableau de commande. Voir sur les documents DT02 et DT03 l’éclaté de la structure et la nomenclature des éléments, et documents DT06, le schéma électrique.

• Une tête protégée par un capot, renfermant :

• le mécanisme de réduction de vitesse, • le planétaire avec l’arbre porte-outils, • l’écran de sécurité cuve, • le levier de remontée du berceau porte cuve, côté droit (système « monte baisse ». Voir sur les documents DT04 et DT05, l’éclaté du mécanisme et la nomenclature des éléments.

• Une cuve en inox amovible (DT01 - figure 3). • Un jeu de trois outils fournis en équipement standard (DT01 - figure 4)

• un crochet spiral pour pétrir, • une palette pour travaux demi-durs, • un fouet pour toutes les émulsions.

EVOLUTION DU PRODUIT

Le constructeur envisage de modifier le modèle BE10 en vue de le rendre capable d’accepter des accessoires optionnels, disponibles pour l’instant sur des appareils plus puissants (voir document DT07).

UTILISATION Outre les opérations de chargement - déchargement de la cuve et de mise en place des outils, l’utilisateur doit pouvoir piloter le système. Il dispose à cet effet d’un tableau de commande (DT01 - figure 5) présentant :

1. - un bouton rotatif permettant de régler la vitesse de rotation du moteur, 2. - une manette permettant de gérer la durée de fonctionnement (minuterie), 3. - un poussoir « marche », 4. - un poussoir de type coup de poing « arrêt ». 5.

SECURITE La sécurité des utilisateurs exige la prise en compte, lors de la conception du produit, d’un certain nombre de prescriptions. Ces dernières font l’objet d’une Fiche Technique de Sûreté (fiche n°21) éditée par l’Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS). Voir extrait de cette fiche sur le document DT08.

Département Génie Industriel et Maintenance Le batteur ne peut-être mis en marche que si tous les éléments nécessaires au travail (cuve en position haute, écran de sécurité abaissé) sont bien en place, ce qui interdit l’accès de la main ou des doigts de l’utilisateur aux outils. L’action sur le bouton d’arrêt de type « coup de poing », l’ouverture de l’écran de sécurité cuve, la descente de la cuve entraînent l’arrêt immédiat du moteur.

PREMIERE PARTIE : Etude des solutions technologiques mises en œuvre pour assurer la sécurité de l’utilisateur.

L’objectif de cette partie de l’étude est de valider les choix effectués par le concepteur du produit, du point de vue des normes de sécurité. Les réponses aux questions -1-, 1-6 et 1-7 se feront sur le Document Réponse DR01 et pour les autres questions sur copie. A - Etude du comportement logique du système Le schéma est donné dans le Dossier Technique (Document DT06). 1-1 Compléter le tableau de la feuille réponse DR01, conformément aux situations décrites. Il s’agit de faire apparaître

l’état de certains composants significatifs du système, à divers moments de son évolution, au cours de son utilisation normale.

L’état initial est défini par :

•l’écran de protection cuve est fermé, •la cuve est en position haute, •la bobine KM n’est pas alimentée.

1-2 Indiquer quelle est l’évolution de l’état du système à l’apparition d’une coupure de courant de réseau alors que

l’appareil est en marche ? Quelles doivent être les conditions de remise en route ? 1-3 Décrire les conséquences d’une action sur le bouton « marche » alors que la cuve est baissée ou l’écran de sécurité

relevé, avec le sélecteur de la minuterie sur « CONTINU ». 1-4 Bilan de l’analyse

Comparer le comportement du système avec les contraintes de la fiche de sécurité INRS 21 (document DT08). Expliquer éventuellement les choix du constructeur qui pourraient être en contradiction avec cette dernière.

B - Arrêt de l’outil La norme impose un « arrêt immédiat » de la rotation de l’outil dès qu’une des conditions de cet arrêt est remplie (appuie sur le coup de poing « arrêt », ouverture de l’écran de protection, etc...). L’objectif de cette partie de l’étude est de montrer la nécessité d’un système de freinage et de définir les caractéristiques énergétiques de celui-ci. 1-5 On suppose que le moteur tourne à sa vitesse maximale.

Le moment d’inertie équivalent des parties tournantes du système, ramené à l’arbre du moteur électrique est : Ie=0,02 Kg.m² Le couple de frottement, ramené à l’arbre moteur, est estimé à : Cfr=0,3 mN. Calculer le temps d’arrêt du dispositif en l’absence de tout système de freinage. Déterminer le nombre de tours effectués par le porte-planétaire 132 (voir Document DT01) au cours de cette durée.

θ ω ω

ω ω ω

θ

ω

f f i f

f f i

t t

tcste

= ′ ⋅ + ⋅ +

= ′ ⋅ +

′ =

12

2i

On rappelle les formules suivantes :

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C - Vérification de la sécurité du système « monte baisse » On souhaite que le contact du capteur « mb » s’ouvre bien lors de la descente de la cuve avant que l’utilisateur ne puisse introduire sa main entre cette dernière et l’écran de protection. Autrement dit, on souhaite établir une relation entre l’écart « e » existant entre le bord supérieur de la cuve et le bord inférieur de l’écran de protection cuve, et l’état du capteur de position « mb ». La feuille réponse DR01 propose un schéma cinématique à l’échelle 1:1 (sauf pour les colonnes 29) du système mécanique permettant de manœuvrer le berceau porte-cuve, et commander, par l’intermédiaire d’une came le capteur « mb ». (voir par ailleurs l’éclaté de la structure, document DT02). 1-6 Tracer la courbe représentative de l’écart « e » en fonction de la position du levier I, caractérisée par la valeur du

paramètre de position (θOI) du levier de manœuvre par rapport au bâti (réponse sur document réponse DR01). 1-7 Tracer la courbe représentative de l’état logique du capteur « mb » en fonction de la valeur du paramètre de position

(θOI) du levier de manoeuvre par rapport au bâti. 1-8 En déduire la valeur de l’écart « e » au moment ou l’état du capteur change. Quelles conclusions peut-on en tirer du point de vue de la sécurité de l’opérateur et de la fiabilité du dispositif ?

DEUXIEME PARTIE : Analyse technique du mécanisme de réduction de vitesse L’analyse technique suivante a pour objet de vérifier que le mécanisme a des caractéristiques conformes au cahier des charges. D - Etude cinématique Le dessin proposé DT09 représente le réducteur qui équipe le batteur-mélangeur. Un calcul préalable a permis de déterminer la fréquence de rotation maximum du porte-planétaire 132 par rapport au bâti : ω porte planétaire/bâti = 150tr/min. Le réducteur se compose de 2 éléments principaux : Une transmission par poulie-courroie (arbre moteur - arbre solaire 107) Un réducteur épicycloïdal (arbre solaire 107 - arbre planétaire 135) 2-1 Produire le schéma cinématique du mécanisme de réduction complet, entre l’arbre moteur et l’arbre 135. 2-2 Calculer le rapport de réduction i = ω moteur / ω arbre solaire 107. 2-3 Calculer le rapport de réduction du train épicycloïdal :

j = ω arbre solaire 107 / ω porte planétaire 132. 2-4 En déduire le rapport de réduction total : k = ω moteur / ω porte planétaire 132.

Comparer le résultat obtenu avec le rapport annoncé par le constructeur (caractéristiques techniques du produit). E - Etude du réducteur épicycloïdal 2-5 Les bagues extérieures des roulements du porte planétaire sont montées collées. La Société LOCTITE, fournisseur de

la colle Scelroulement 603, préconise un espace de 0,02 à 0,04 mm entre les éléments à assembler. Proposer pour chaque logement de roulements dans le porte planétaire, une cotation de l’alésage (diamètre et tolérances). Voir document DT10 et répondre sur le document réponse DR02.

2-6 Donner les avantages et les inconvénients de l’utilisation de la colle dans un montage de roulements.

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TROISIEME PARTIE : Modification du mécanisme

On désire ajouter au réducteur une prise d’accessoires (hachoir, moulin,...) La prise de mouvement se par un système roue et vis sans fin à partir de l’arbre solaire 107 et entre les roulements 112 et 114. (voir document DT11). Le hachoir (ou tout autre outil de même principe) devra être mis en place rapidement. Le guidage en rotation de l’arbre de la prise d’accessoires est réalisé par des roulements. (voir document DT11). F - Calculs complémentaires de prédétermination 3-1 Calculer la fréquence de rotation du hachoir à régime rapide. 3-2 Faire le schéma cinématique relatif à l’arbre 107 et aux roulements 112 et 114. 3-3 Vérification des roulements 112 et114 de l’arbre solaire.

On donne les charges supportées par les roulements (avec prise d’accessoires en fonctionnement)

Roulements Charge axiale en daN Charge radiale en daN 114 6 15 112 0 8

Le constructeur désire une durée de vie des roulements supérieure à 100 000 heures. (voir document DT12). Calculer la durée de vie de chacun de ces roulements dans ces conditions. Conclure. G - Conception de la prise d’accessoires

( A faire chez vous individuellement et à rendre dans 15 jours) Sur le document réponse DR03 : Etudier : la modification de l’arbre solaire 107, la transmission du mouvement de l’arbre solaire vers l’arbre de la prise mécanique du mouvement, le guidage de l’arbre de la prise dans le corps principal, le mode de protection et de lubrification des roulements, la fixation rapide du hachoir à la prise mécanique, la liaison en rotation de l’arbre du hachoir à l’arbre de la prise (embout fendu). Veiller à l’homogénéité des solutions par rapport à l’ensemble de la machine.

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DOSSIER TECHNIQUE Contenu du dossier sur 12 pages • DT 01 : Présentation • DT 02 : Eclaté de la structure du batteur-mélangeur • DT 03 : Nomenclature de la structure • DT 04 : Eclaté du réducteur • DT 05 : Nomenclature du réducteur • DT 06 : Schéma électrique • DT 07 : Accessoires optionnels • DT 08 : Consignes de sécurité • DT 09 : Plan du réducteur (format A3) • DT 10 : Jeux et ajustements arbre / roulement / alésage • DT11 : Tableau de roulements • DT12 : Vérification de la durée de vie des roulements

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DOSSIER REPONSE

Contenu du dossier sur 3 pages • DR 01 : Etude de la sécurité . . . . . . . . . . . . Format A3 • DR 02 : Cotation fonctionnelle . . . . . . . . . . Format A4 • DR 03 : Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . Format A3