Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Cette trousse à outils de modèles pour l'ingénieur permet d'estimer les principaux paramètres utiles aux études d'intégration (masse, encombrement), à la simulation système, aux calculs des limites de fonctionnement et à l'optimisation des transmissions de puissance mécatronique. Pour chaque catégorie de composants, des fiches rappellent les principales hypothèses de modélisation, les lois d'échelle ou lois de similitude. Les principales relations sont validées par comparaison avec des données catalogues de composants industriels.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc BUDINGER : Agrégé de physique appliquée - Docteur en génie électrique - Maître de conférences à l'INSA Toulouse
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Fabien HOSPITAL : Agrégé de mécanique - Doctorant à l'INSA Toulouse
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Jonathan LISCOUET : Ingénieur ICAM - Docteur en génie mécanique - Intégrateur commandes de vol électriques chez Bombardier Aéronautique
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Bernard MULTON : Agrégé de génie électrique - Docteur en génie électrique - Professeur des universités à l'ENS de Cachan (campus de Bretagne)
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Jean-Charles MARE : Ingénieur INSA Toulouse - Docteur en génie mécanique - Professeur des universités à l'INSA Toulouse
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Aurélien REYSSET : Ingénieur INSA Toulouse - Doctorant à l'INSA Toulouse
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l'article [BM 8 025] qui présente les généralités sur les modèles d'estimation, les principales hypothèses de modélisation par lois d'échelle et des exemples d'utilisation sur un cas d'application. Le présent article contient un ensemble de modèles par familles technologiques pour servir de « trousse à outils » dans laquelle l'ingénieur peut puiser ou s'inspirer pour réaliser des modèles d'estimation spécifiques. Le présent article traite notamment des éléments de transmission de puissance mécanique, des convertisseurs électromécaniques, de quelques composants de transmission de puissance hydraulique. Par associations de ces composants, il est possible de reconstituer un grand nombre d'architectures mécatroniques de transmission de puissance notamment pour former des actionneurs ou des systèmes de motorisation.
Dans un premier temps, le choix des paramètres de définition de chaque composant sera justifié. On cherchera à minimiser au maximum ce nombre de paramètres d'entrée. Ils correspondent aux paramètres utilisés classiquement pour sélectionner les composants dans les catalogues. Ce sont aussi ceux qui permettent de calculer tous les autres paramètres. Ils influencent de manière importante la conception du composant et seront reliés aux dimensions.
Dans un second temps, les hypothèses de modélisation seront précisées, notamment sur les aspects de similitude géométrique. En effet, l'hypothèse de similitude géométrique ne peut pas toujours être appliquée strictement sur l'ensemble des dimensions d'un composant : certaines dimensions ou certains paramètres de conception peuvent être posés comme constants ou suivre une évolution spécifique.
Ces hypothèses de modélisation seront complétées au niveau des principales contraintes de conception et des principales limites opérationnelles afin de donner un modèle complet du composant. Les contraintes de conception permettent de lier les dimensions du composant à ses paramètres de définition. Les hypothèses de modélisation sur les limites opérationnelles permettent d'estimer le domaine de fonctionnement à partir des dimensions ou des paramètres de définition. Par souci de simplicité et pour présenter une approche uniforme, ces différentes hypothèses seront exprimées par domaines et feront référence aux développements décrits dans l'article [BM 8 025].
Des tableaux synthétisent les modèles d'estimation sur les paramètres utiles aux simulations, aux études d'intégration (dimensions, masse) et aux calculs de dimensionnement et de sélection de composant (limites de fonctionnement en effort/flux, limites de fonctionnement en puissance).
Enfin, ces lois d'échelle sont validées sur des gammes de composants industriels. Les résultats sont représentés dans des diagrammes qui peuvent être de type log-log afin de couvrir plusieurs ordres de grandeur et de représenter les lois en puissance par des droites.
MOTS-CLÉS
modèles d'estimation loi d'échelle loi de similitude transmission mécanique tra,smission hydraulique moteurs électriques
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Transmission de puissance hydraulique
Les vérins linéaires et les pompes à cylindrées fixes sont des composants de transmission de puissance hydraulique souvent associés à un accumulateur et une servovalve, ou dernièrement à un moteur électrique piloté en vitesse. Les servovalves, peu sensibles aux effets d'échelle par standardisation importante de leurs dimensions extérieures, ne seront pas traitées ici.
4.1 Vérin linéaire
4.1.1 Hypothèses de modélisation et lois d'échelle
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Paramètres de définition
Les paramètres influençant le plus les dimensions générales d'un vérin sont la force maximale d'actionnement hydraulique F max,hyd et la course d'entraînement de la charge c. Ce sont donc ces deux paramètres qui ont été choisis ici comme paramètres de définition et qui permettent d'estimer l'ensemble des autres caractéristiques du vérin.
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Hypothèses sur la similitude géométrique
Les lois d'échelle développées ici pour les vérins hydrauliques distinguent deux ensembles géométriques pour les règles de similitude.
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L'ensemble des composants mécaniques présents même pour une course nulle, notés 1, 2 et 3 sur le schéma de la figure 17 : ces éléments sont constitués de paliers, de joints d'étanchéité et d'éléments de transmission d'efforts. On supposera ici une similitude géométrique sur l'ensemble de leurs dimensions, notée r* dans la suite du paragraphe. L'analyse des dimensions de catalogue comme [37] corrèle assez bien cette hypothèse.
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L'ensemble des éléments mécaniques fortement influencés par la course, comme la tige (4) du vérin ou l'enveloppe des chambres du vérin (5) sur le schéma de la figure 17 : leurs dimensions longitudinales seront directement fonction de la course. Leurs dimensions radiales seront fonction de l'effort de définition.
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Principales contraintes de conception retenues pour la modélisation
Les...
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Transmission de puissance hydraulique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BUDYNAS (R.G.), NISBETT (K.J.) - Shigley's mechanical engineering design. - SI version. McGraw-Hill series in mechanical engineering, New York, McGraw-Hill (2007).
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(2) - PALMGREN (A.) - Les roulements : description, théorie, applications. - 2e éd. Clamart (1967).
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(3) - SADEGHI (F.) - A review of rolling contact fatigue. - Journal of Tribology (2009).
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(4) - HALME (J.), ANDERSSON (P.) - Rolling contact fatigue and wear fundamentals for rolling bearing diagnostics, state of the art. - Engineering Tribology (2009).
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(5) - ZARETSKY (E.V.) - In search of a fatigue limit : a critique of iso standard 281:2007. - Tribology and lubrification technology (2010).
-
(6) - HENRIOT (G.) - Engrenages, conception, fabrication, mise en œuvre. - 8e éd., Dunod (2007).
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