Raphal ALLAIS Agrgation de mcanique Epreuve de dossier

Raphaël ALLAIS Agrégation de mécanique – Epreuve de dossier industriel 1

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Plan de l’exposé Ø Cadre de l’étude Ø Problématique Ø Travail effectué Ø Intérêts pédagogiques 2

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Présentation du cadre de l’étude 3

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Renault Carlos Ghosn Quelques chiffres clés • Date de création : 1899 • Rang mondiale : 4è avec Nissan • Ventes en 2006 (VU+VP) : 2 433 372 unités • Chiffre d’affaire en 2006 : 41 millions d’euros 4

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Véhicules Renault Véhicules Particuliers (VP) Twingo Clio Laguna Modus Espace Kangoo Vel Satis Mégane Thalia / Symbol Trafic VP Logan Clio Campus Véhicules Utilitaires (VU) Kangoo Trafic Master 5

Cadre d’étude Problématique L’ Travail effectué Intérêts pédagogiques i D. V. U. Villiers Saint Frédérique L’i-DVU 6

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Les adaptations complémentaires Véhicules nécessitant un équipement particulier et/ou une source d’énergie supplémentaire Véhicules handicapés Véhicules de travaux Véhicules spéciaux Master frigorifiques 7

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Problématique Master frigorifique Source chaude Dét end eur Compresseur TM 16 Source froide Compresseur Régime (tr/min) 1300 2400 4500 Puissance (k. W) 2. 72 5. 59 8. 1 22 21 17 Couple (Nm) Circuit frigorifique 8

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Les accessoires principaux Moteur Renault Phase accessoires (CA-DA) Pompe de direction assistée Alternateur Galet tendeur Galet enrouleur Courroie d’accessoires Poulie motrice Compresseur de climatisation 9

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place de l’accessoire complémentaire Cas classique Avec adaptation - Alternateur - Pompe de DA - Compresseur de clim. TM 16 L’accessoire d’adaptation complémentaire est mis en place au détriment de la climatisation 10

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Problématique Comment raccorder le TM 16 au moteur, sans faire défaut au compresseur de climatisation ? 11

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Solution envisagée Ajout d’une seconde courroie d’accessoire Direction assistée Alternateur Compresseur TM 16 Poulie motrice Compresseur de climatisation 12

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Adaptation de la poulie filtrante Poulie filtrante simple Poulie filtrante double Rajout d’une série de vés pour accueillir la deuxième courroie 13

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du TM 16 Objet de l’étude ? Bloc Moteur Compresseur Support accessoire Poulie motrice 14

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Objectif Concevoir le support du compresseur TM 16 pour l’adaptation complémentaire d’un master frigorifique 15

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Travail effectué Etude fonctionnelle du support Mise en place du cahier des charges Définitions des surfaces fonctionnelles principales Dessin sous un logiciel de CAO Cotation de la pièce Validation par calculs numériques 16

Cadre d’étude Etude fonctionnelle du support Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Etude fonctionnelle du support Définition du besoin : Graphe des prestations Groupe motopropulseur Le Compresseur Support accessoire complémentaire Mettre et maintenir en position Le support accessoire complémentaire rend service au groupe motopropulseur en mettant en position et maintenant en position le compresseur. 17

Cadre d’étude Etude fonctionnelle du support Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Phases du cycle de vie Conception Fabrication Logistique Jalonnement, prototype et validation, etc. … Industrialisation, assemblage, etc. … Conditionnement, stockage, livraisons, etc. … Utilisation client Utilisation normale, incidentelle, etc. … Utilisation client dégradée Accident, etc. … Logistique Commercialisation Maintenance Fin de vie Entretien, rechange, etc. … Recyclage, destruction, etc. … Montage 18

Cadre d’étude Etude fonctionnelle du support Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Diagramme des interactions en phase d’utilisation client Groupe motopropulseur Compresseur FP 1 FC 2 FC 3 Ambiance sous capot moteur Support accessoire complémentaire FC 1 FC 4 Liste des fonctions FP 1 Mettre et maintenir le support en position FC 1 Résister aux efforts du compresseur FC 2 Limiter les effets de fatigue FC 3 Résister au milieu ambiant FC 4 Permettre le réglage de la courroie 19

Cadre d’étude Mise en place du cahier des charges Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges FC 4 : Permettre le réglage de la courroie 2 types de courroies possibles Courroie classique Nécessité de mettre un système de tension Mise en place d’un galet tendeur Courroie élastique Pas besoin de système de réglage Système permettant d’augmenter l’entraxe 20

Cadre d’étude Mise en place du cahier des charges Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques FP 1 : Mettre le compresseur en position Définir le petit déplacement limite autorisé du compresseur Mettre en position z y RZ Torseur des petits déplacements de la poulie du compresseur : x DZ Dy RX Dx Ry 21

Cadre d’étude Mise en place du cahier des charges Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques FP 1 : Mettre le compresseur en position Contraintes données par le fournisseur de courroie Ø Tolérance sur la longueur de courroie : Ø Tolérance sur le désalignement* : ± 6 mm ± 3. 23 mm *Tolérance sur le désalignement : 3. 23 mm x y 264. 3 mm 22

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques FP 1 : Mettre le compresseur en position Mise en place du cahier des charges Tolérance de position radiale Poulie motrice Tolérance de position axiale et d’orientation Couplage entre Dy, Rx et Rz Zones de tolérance Poulie du TM 16 Rz (°) Rx (°) Rz (°) 264. 3 mm x z Δr Dy (mm) Rx=0 Rz=0 2. 63 Dy=0 Rx (°) 2. 73 0. 59 -2. 73 Rx (°) 0. 59 Dy (mm) Rz (°) -2. 63 23

Cadre d’étude Problématique Intérêts pédagogiques FP 1 : Mettre le compresseur en position Mise en place du cahier des charges Tolérance de position radiale Poulie motrice Poulie du TM 16 264. 3 mm x Travail effectué z Tolérance de position axial et d’orientation Seule la tolérance de position axiale est conservée Δr 24

Cadre d’étude Mise en place du cahier des charges Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Récapitulatif FP 1 : Tolérance de positionnement radial : Ø 5. 8 mm FP 1 : Tolérance de position axiale : ± 2. 73 mm FC 1 : Résistance face aux efforts du compresseur : la contrainte de Von Mises doit être inférieure : • σe/2 : en cas d’utilisation normale • σe : en cas d’utilisation incidentelle (descente de trottoir) FC 2 : Modes propres de l’ensemble {Support + compresseur} minimum : 160 Hz 25

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Surfaces fonctionnelles principales Surfaces fonctionnelles 2 « zones » fonctionnelles Liaison avec le bloc moteur 3 bossages percés et taraudés en M 8 Liaison avec le compresseur Oreilles 26

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Liaison avec le GMP Surfaces fonctionnelles Mise en position Maintien en position Axiale : Appuis plans des bossages Radiale : Centrage par vis par « pion-locating » Alésage avec jeu (montabilité) Serrage et adhérence par appuis des têtes de vis Alésage ajusté (pion) Support accessoire Trou oblong (locating) Surfaces fonctionnelles 27

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Liaison avec le TM 16 Surfaces fonctionnelles Mise en position Maintien en position Axiale : appui plan sur les oreilles du TM 16 Jeu Support accessoire Appui plan Serrage et adhérence par appuis des têtes de vis Problème de serrage sur les oreilles « avec jeu » Radiale : par vis Ajout d’une douille de serrage 28

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Représentation des surfaces fonctionnelles principales Surfaces fonctionnelles Appuis plans des bossages Trou oblong Z Trous taraudés Y X Trou « avec jeu » Appuis des oreilles du compresseur Trou « ajusté » Guidage des douilles de serrage Appuis des têtes de vis 29

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Dessin sous Catia 5 1 2 4 3 30

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Dessin sous Catia Z Y X 31

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Cotation Diagramme-bloc Cotation Flux de mise en position Flux d’effort Flux de contact ou de non-contact Frontière de l’étude Eléments étudiés Eléments de l’environnement 32

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Eléments de la cotation Réalisation du tableau d’analyse fonctionnelle technique Eléments de référence principaux Cotation C A B 3 touches planes Alésage Trou oblong Contraintes prises en compte Montabilité (Vis, compresseur, …) Défaut de mise en position (Voir cahier des charges) Résistance de la pièce (pression des vis, actions du compresseur, …) 33

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Exemple : Cotation du trou oblong 1 Montabilité = Position nominale des vis = Position réelle des vis = Support accessoire Cas 1 Cotation Cas 2 3 Résistance 2 Mise en position 34

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Validation par calculs numériques 2 études menées Calculs numériques Etude statique Etude dynamique 35

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Conditions limites Z X Y Liaison souple avec le GMP Liaison non-rigide Calculs numériques Pièce virtuelle rigide ( TM 16) Représentation du torseur des actions mécaniques Centre de gravité du TM 16 Contact surfacique Contact rigide Modélisation des actions du compresseur 36

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Etude statique Géométrie et paramètres de base. Calculs numériques Calcul Modifier la taille locale du maillage Erreur relative>5% ? Oui Modifier la géométrie pour diminuer la contrainte Non Contrainte de Von Mises > 65 Mpa ? Oui Modifier la géométrie pour réduire la masse Non Masse satisfaisante ? Oui Non 37

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Résultats statiques Modifications apportées Réduction de l’épaisseur de la pièce Modification de la forme des nervures Calculs numériques Masse initiale : 686 g Masse finale : 613 g (-10%) Etat de contraintes Pesanteur : 0 g 1 g 2 g 4 g Contrainte max. 60. 4 MPa 58. 9 MPa 57. 4 MPa 54. 4 MPa Contrainte max. admissible 130 MPa 65 MPa 130 MPa Pièce validée statiquement 38

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Etude dynamique Calculs numériques 2ème mode (271 Hz) Sans mode 1 er mode (244 Hz) 3ème mode (801 Hz) Echelle des déplacements Fort La première fréquence propre est supérieure à la fréquence limite (160 Hz) Faible La pièce est validée dynamiquement 39

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Application à la cotation 40

Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Application à la cotation Présentation de l’activité : • Niveau : BTS CPI (2ème année) • Situation dans le programme: S 7 : Construction des systèmes techniques S 71 : Analyse fonctionnelle S 75 : Ergonomie et sûreté des produits S 72 : Solutions associées aux liaisons S 73 : Composants mécaniques de transmission S 76 : Relation « produitmatériau-procédé » S 771 : Cotation et tolérancement normalisé S 74 : Composants de conversion d’énergie et de contrôle S 77 : Spécification des produits S 772 : Démarche de détermination des spécifications d’une pièce • Description : Evaluation pour valider les connaissances obtenues aux modules S 771 et S 772 41

Cadre d’étude Problématique S 771 : Cotation et tolérancement normalisé Objectif : l’élève doit être capable de nommer et d’interpréter la cotation d’un dessin de définition. Travail effectué Intérêts pédagogiques S 772 : Démarche de détermination des spécifications d’une pièce Objectif : l’élève doit être capable de déterminer une cote répondant au cahier des charges Cahier des charges : - Jeu de montage mini : Jmini = 1 mm - Longueur mini de guidage : Tmini = 15 mm 112± 0. 2 14. 35± 0. 1 20± 0. 5 J T 14. 35± 0. 1 ? ? ± ? ? 42

Conclusion Pour Renault : Pièce fabriquée, et mise sur banc d’essai Commercialisation en 2009 Sur le plan pédagogique: Problématique concrète sur un cas réel Point de vue personnel : Expérience TRES enrichissante. Découverte du bureau d’étude. Grand apport pour ma culture générale. 43

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