Conception d’un support d’accessoire complémentaire de moteur Renault Raphaël ALLAIS Agrégation de mécanique – Epreuve de dossier industriel

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

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

Quelques chiffres clés 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

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

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

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

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Problématique Master frigorifique Compresseur TM16 Détendeur Source chaude Régime (tr/min) 1300 2400 4500 Puissance (kW) 2.72 5.59 8.1 Couple (Nm) 22 21 17 Source froide Compresseur Circuit frigorifique

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

Mise en place de l’accessoire complémentaire 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. Alternateur Pompe de DA Compresseur de clim.  TM16 L’accessoire d’adaptation complémentaire est mis en place au détriment de la climatisation

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Problématique Comment raccorder le TM16 au moteur, sans faire défaut au compresseur de climatisation ?

Ajout d’une seconde courroie d’accessoire Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Solution envisagée Ajout d’une seconde courroie d’accessoire Direction assistée Alternateur Poulie motrice Compresseur TM16 Compresseur de climatisation

Poulie filtrante simple 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

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du TM16 ? Objet de l’étude Bloc Moteur Poulie motrice Compresseur Support accessoire

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Objectif Concevoir le support du compresseur TM16 pour l’adaptation complémentaire d’un master frigorifique

Travail effectué 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

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

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

Diagramme des interactions en phase d’utilisation client Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Etude fonctionnelle du support Diagramme des interactions en phase d’utilisation client Groupe motopropulseur Compresseur FP1 FC2 Support accessoire complémentaire FC1 FC4 FC3 Ambiance sous capot moteur Liste des fonctions FP1 Mettre et maintenir le support en position FC1 Résister aux efforts du compresseur FC2 Limiter les effets de fatigue FC3 Résister au milieu ambiant FC4 Permettre le réglage de la courroie

Mise en place du cahier des charges Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges Mise en place du cahier des charges FC4 : Permettre le réglage de la courroie 2 types de courroies possibles Courroie classique Courroie élastique Nécessité de mettre un système de tension Pas besoin de système de réglage Mise en place d’un galet tendeur Système permettant d’augmenter l’entraxe

FP1 : Mettre le compresseur en position Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Définir le petit déplacement limite autorisé du compresseur Mettre en position z Dy Dx Ry RX DZ RZ y Torseur des petits déplacements de la poulie du compresseur : x

FP1 : Mettre le compresseur en position Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Contraintes données par le fournisseur de courroie Tolérance sur la longueur de courroie : ± 6 mm Tolérance sur le désalignement* : ± 3.23 mm *Tolérance sur le désalignement : 3.23mm 264.3 mm y x

FP1 : Mettre le compresseur en position Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Tolérance de position radiale Tolérance de position axiale et d’orientation Poulie du TM16 z x Δr Poulie motrice 264.3mm  Couplage entre Dy, Rx et Rz Zones de tolérance Dy (mm) Rz (°) Dy (mm) Rx (°) Rx (°) Rz (°) Rx=0 Rz=0 Dy=0 Dy (mm) Rz (°) Rx (°) 2.73 -2.73 0.59 2.63 -2.63

FP1 : Mettre le compresseur en position Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges FP1 : Mettre le compresseur en position Tolérance de position radiale Tolérance de position axial et d’orientation Poulie du TM16 z x Δr Poulie motrice 264.3mm Seule la tolérance de position axiale est conservée

Récapitulatif Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Mise en place du cahier des charges Récapitulatif FP1 : Tolérance de positionnement radial : Ø 5.8mm FP1 : Tolérance de position axiale : ± 2.73 mm FC1 : 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) FC2 : Modes propres de l’ensemble {Support + compresseur} minimum : 160Hz

Surfaces fonctionnelles principales Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Surfaces fonctionnelles Surfaces fonctionnelles principales 2 « zones » fonctionnelles Liaison avec le bloc moteur Liaison avec le compresseur Oreilles 3 bossages percés et taraudés en M8

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

Liaison avec le TM16 Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Surfaces fonctionnelles Liaison avec le TM16 Mise en position Maintien en position Support accessoire Jeu Appui plan Axiale : appui plan sur les oreilles du TM16 Radiale : par vis Serrage et adhérence par appuis des têtes de vis Problème de serrage sur les oreilles « avec jeu » Ajout d’une douille de serrage

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

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

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

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Cotation Cotation Diagramme-bloc 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

Eléments de la cotation Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Cotation Eléments de la cotation Réalisation du tableau d’analyse fonctionnelle technique Eléments de référence principaux A B C 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, …)

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

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

Conditions limites Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Calculs numériques Conditions limites Liaison non-rigide Z Y X Liaison souple avec le GMP Pièce virtuelle rigide (TM16) Représentation du torseur des actions mécaniques Contact surfacique Contact rigide Centre de gravité du TM16 Modélisation des actions du compresseur

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

Contrainte max. admissible Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques Calculs numériques Résultats statiques Modifications apportées Réduction de l’épaisseur de la pièce Modification de la forme des nervures Masse initiale : 686 g Masse finale : 613 g (-10%) Etat de contraintes Pesanteur : 0g 1g 2g 4g Contrainte max. 60.4 MPa 58.9 MPa 57.4 MPa 54.4 MPa Contrainte max. admissible 130 MPa 65 MPa Pièce validée statiquement

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

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

Application à la cotation 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: S7 : Construction des systèmes techniques S71 : Analyse fonctionnelle S72 : Solutions associées aux liaisons S73 : Composants mécaniques de transmission S74 : Composants de conversion d’énergie et de contrôle S75 : Ergonomie et sûreté des produits S76 : Relation « produit-matériau-procédé » S77 : Spécification des produits S771 : Cotation et tolérancement normalisé S772 : Démarche de détermination des spécifications d’une pièce Description :  Evaluation pour valider les connaissances obtenues aux modules S771 et S772

Intérêts pédagogiques Cadre d’étude Problématique Travail effectué Intérêts pédagogiques S771 : Cotation et tolérancement normalisé S772 : Démarche de détermination des spécifications d’une pièce Objectif : l’élève doit être capable de nommer et d’interpréter la cotation d’un dessin de définition. Objectif : l’élève doit être capable de déterminer une cote répondant au cahier des charges Cahier des charges : - Jeu de montage mini : Jmini = 1mm - Longueur mini de guidage : Tmini = 15mm 112±0.2 14.35±0.1 20±0.5 ?? ± ?? J T

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.

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