Théorie des Mécanismes

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Théorie des Mécanismes

Mécanique, Ingénierie, Statique, Cinématique · notes

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1

Théorie des Mécanismes

1. Introduction

L'objectif de ce chapitre est :

- de localiser quand elles existent, les inconnues de liaison ( inconnues hyperstatiques) que l'on ne peut

pas déterminer uniquement par l'application du principe fondamental de la statique ( ou de la

dynamique).

- de proposer éventuellement des modifications pour rendre le mécanisme isostatique ( sans inconnues

hyperstatiques)

2. Graphe des liaisons d'un mécanisme

3. Torseur statique et cinématique d'une liaison

4. Liaison équivalente

Supposons qu'il existe entre deux pièces (S1) et (S2) plusieurs liaisons réalisées avec ou sans pièces

intermédiaires

La liaison équivalente à l'ensemble des liaisons

situées entre (S1) et (S2) est la liaison théorique (L12)

qui a le même comportement que cette association

de liaisons. C'est-à-dire qui transmet la même action

mécanique et qui autorise le même mouvement.

Soit ℜ(O,x,y,z) un repère lié à (S2).

Torseur d'action mécanique de (S1) sur (S2) de la liaison équivalente:

{ ( τ

S

1

→

S

} )

O

2

=

{ } τ

O

=

   

( SR 1 ( SM O

→ →

S 2 S

1

   

)

)

2

=

    

X Y Z

L M N

    

(

, ), zyxO

,

; Dans la base

,( ), zyx

:

( SR (

1 SM O

)

S =→ 2 ) S =→ 2

1

zZyYxX

+

+

zNyMxL

+

+

Torseur cinématique du mouvement de (S2) par rapport à (S1) de la liaison équivalente:

{ ( ϑ

S

2

/

S

1

} )

O

=

{ } ϑ

O

=

(

 Ω  S 2   ( SV O

2

/

S /

1 S

)

)

1

   

O

=

 α  β   γ 

u

v w

    

(

), , zyxO

,

;Dans la base

), ,( zyx

:

Publicité

(

)

S

S 1 ( SV O

=→Ω )

2 S =→ 2

1

z γβα

+

+

y

x

xu

+

zwyv +

5. Liaison en parallèle

5.1. Définition

2

Exemple:

5.2. Liaison Equivalente

5.2.1Torseur statique

Le torseur statique de la liaison équivalente s’écrit en fonction des torseurs statiques des n liaisons en parallèle

comme suivant:

{ } τ

O

=

{ }∑ τ

Oi

i

=

,1

n

Remarque:Pour qu'une composante du torseur statique de la liaison équivalente ne soit pas nulle, il suffit

qu'une seule composante correspondante d'une liaison (Li) ne soit pas nulle.

5.2.2. Torseur Cinématique

Le torseur cinématique de la liaison équivalente doit être compatible avec les torseurs cinématiques des

liaisons (Li): { }Oi { } O ϑϑ =

∀ i=1..n

ou bien:

5.2.3. Mobilité : m= Nc-rc =6- rs

{ } { } = ϑϑ 1

O

O

=

{ } ϑ 2

O

=•••=

{ }On ϑ

avec { }

ϑ = Oi

{ )1/2(ϑ

i

}O

m ( ou d), le degré de mobilité de la liaison équivalente est le nombre de composantes non nulles dans le

torseur cinématique de la liaison équivalente

5.2.4. Hyperstatisme: h=Ns -rs

li est le degré de liaison de la liaison (Li)

h

= ∑

l

i

i

=

,1

n

6 +−

m

6. Liaison en Série

6.1. Définition

3

On dit également que les (n+1) solides assemblés par les n liaisons en série constituent une chaîne continue

ouverte

Exemple:

6.2. Liaison Equivalente

6.2.1Torseur statique Soit : { } τ

{ ( S −τ i i

=

Oi

1 →

S

i

}O )

Le torseur statique { }Oτ de la liaison équivalente représente l'action mécanique du solide (S0) sur le solide (Sn)

Torseur statique de la liaison équivalente en fonction des torseurs statiques des n liaisons en série:

{ } τ

O

=

{ } τ 1

O

=

{ } τ 2

O

=•••=

{ }On τ

6.2.2. Torseur Cinématique }O Soi t : { } ) ϑ

{ = ϑ i

/ SS i

Oi

1−

Publicité

(

i

Le torseur cinématique { }Oϑ de la liaison équivalente représente le mouvement du solide (Sn) par rapport au

solide (S0)

6.2.3 Degré de mobilité : m= Nc

{ } { } = ϑϑ

O

On

+

{ ϑ n

1 −

}

O

+•••+

{ }O ϑ 1

Le degré de mobilité m de la chaîne continue ouverte comprenant n liaisons s'écrit:

m

c N = =

∑

i

=

,1

n

cin

où nci est le degré de liberté de la liaison (Li)

m=mu+mi

avec mu est le degré de mobilité utile et mi est le degré de mobilité interne

Une pièce a une mobilité interne mi dans un mécanisme si elle peut avoir un mouvement qui n'entraîne aucun

mouvement des autres pièces du mécanisme.

6.2.4. Hyperstatisme : h=0

la liaison équivalente aux n liaisons en série entre (S0) et (Sn) est toujours isostatique

7. Chaîne continue fermée

4

Exemple:

7.1. Définition

7.2. Liaison Equivalente

7.2.1Torseur statique

Soit ℜ(O,x,y,z) un repère lié au solide (S0) qu'on le supposera être le bâti supportant la chaine continue fermée

Le nombre d'inconnues statiques introduit par les (n+1) liaisons de la chaine continue fermée es t :

N

s

=

∑

l i 1 +

i

,1 n =

avec li est le degré de liaison de la liaison (Li)

Toutes les relations entre ces Ns inconnues statiques s'obtiennent en appliquant le P.F.S. successivement aux

(n+1) solides(S0), (S1), (S2),…. (Sn).

En explicitant ces relations on trouve rs équations indépendantes entre les Ns inconnues statiques.

7.2.2. Torseur Cinématique

En écrivant la relation de composition des mouvements des différents solides en présence on obtient:

{ ( ϑ

S

0

/

S

0

} )

O

=

{ ( ϑ

S

0

/

S

n

} )

O

+

{ ( ϑ

S

n

/

S

n

1 −

} )

O

+•••+

{ ( ϑ

S

1

/

S

0

} )

O

=

{ }O 0

d'où

∑

{ } ϑ 1 +

Oi

i

,1 =

n

=

{ }O 0

Publicité

En explicitant ces relations on trouve 6 équations entre les Nc inconnues cinématiques.

N

c

=

∑

i

,1 =

n

n

ci

où nci est le degré de liberté de la liaison (Li)

7.2.3 Degré de Mobilité: m= Nc-rc

m représente le nombre d’inconnues cinématique indépendantes de la chaîne continue fermée.

où rc est le nombre de relations indépendantes entre les Nc inconnues cinématiques.

7.2.4. Hyperstatisme : h=Ns -rs

m=mu+mi

h=m+6- Nc

5

8. Chaîne complexe

8.1. Définition

Une chaîne complexe est une chaîne cinématique constituée de plusieurs chaînes continues fermées.

Exemple

(L5)

(L1 ) (S0)

(S1)

(L2) (S2) (L3 ) (S3)

8.2. Nombre cyclometrique

(L4 )

(L1)

S0

S1

(L2)

(L5)

S2

(L4)

(L3)

S3

Soit p le nombre de pièces et l le nombre de liaisons de la chaîne complexe. Le nombre de chaînes continues

fermées indépendantes à étudier est :

γγγγ=l-p+1

γ est appelé nombre cyclometrique de la chaîne continue complexe

L’étude statique et cinématique de la chaîne continue complexe est réalisée en étudiant les γ chaînes continues

fermées qui la constitue.

On choisit les γ chaînes continues fermées de telle façon que toutes les liaisons y apparaissent au moins une

fois.

8.3. Degré de mobilité : m= Nc-rc

8.3. Hyperstatisme : h=Ns -rs

avec : • m : degré de mobilité • li :degré de liaison de la iéme liaison • p : le nombre de pièce de la chaine

m=mu+mi

mh

= ∑ +

l i

−

(6

p

−

)1

i

on peut aussi utilser la relation :

avec : • γ est appelé nombre cyclometrique de la chaîne continue complexe •

cN : Le nombre de degrés de liberté total des liaisons du mécanisme

mh =

+

γ6

−

cN

6

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8

1. Système ISO

9

LES AJUSTEMENTS

2. Tolérances

3. Ajustement

Système à alésage normal (à utiliser de préférence) : La position de l’IT de l’alésage est fixée par la

lettre H (EI=0). On obtient le jeu ou le serrage en variant la position de l’IT de l’arbre.

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Exemple

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GUIDAGE EN ROTATION

PALIERS LISSES : bagues autolubrifiantes

TYPES DE ROULEMENTS

13

MONTAGE DE ROULEMENTS

REGLES GENERALES DE MONTAGE

14

CHOIX DES FIXATIONS RADIALES ET AXIALES

15

CHOIX DES AJUSTEMENTS

16

MONTAGE EN X – MONTAGE EN O

17

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CALCUL DES CLAVETTES

CALCUL DE GOUPILLE

19

CALCUL DES VIS