Projet F241

projet F241 Etude d’une boite de vitesse crabot Arnould Axel Fages Lucas Favareille Alexandre Gillier Nicolas Enseignants référents : Année : 2012/2013 « La mécanique est mouvement, l’illusion est mouvement, la mécanique est illusion » Page 1 sur 46 Bernard Lazare et Laurent Tournois 4 p g Nous remercions en premier lieu Monsieur Allignol qui a été présent tout au long du projet pour répondre aux problèmes auxquels nous avons eu à faire face. Nous remercions également Monsieur Bireloze qui nous a éclairés sur les matériaux employés sur cette boite à vitesse.

Pour finir nous remercions FIIJT CMP de nous avoir perms l’étude de cette boite. Nous nous sommes retrouvés face à plusieurs choix possible d’études pour le projet F241. La boite à vitesse semblait être un sujet intéressant, et riche. C’était cependant un sujet assez vitesse constante. Des systèmes de pignons et de poulies permettaient le choix d’une vitesse de fonctionnement. La boite à vitesse fut réellement démocratisée lorsqu’en 1886, Benz réalisa la première automobile qu’il équipa d’une boîte à vitesse.

Le principe est le même que le motoréducteur : réduire la vitesse en entrée pour ugmenter le couple en sortie grâce à un système d’engrenages de différentes tailles. La boite ? vitesse manuelle permet de choisir le rapport de réduction et ainsi adapter le couple et démultiplier la vitesse à chaque situation. Ce système est le plus souvent utilisé dans l’industrie, (en usinage sur des tours par exemple dont la fréquence de rotation est fonction de l’alimentation électrique, il faut démultiplier la vitesse selon le matériau, la pièce, etc. ) et en majorité dans l’automobile.

En effet lorsqu’on roule, les conditions varient continuellement; le couple résistant en fait de même. Or pour que le véhicule continue d’avancer il faut que le couple au niveau des roues (couple moteur), car le moteur a une plage de vitesse d’utilisation limitée. Le rôle de la boite à vitesse dans une voiture est donc d’adapter le couple moteur au couple résistant. Lorsque le véhicule est en mouvement, il faut vaincre la résistance de roulements des pneumatiques, la résistance qu’opposent les systèmes de transmission dans le véhicule, ainsi que les actions auquel la machine est soumise (poids, frottement de l’air, etc. . La boite à vitesse permet d’adapter le couple moteur aux différents ouples résistants qui s’exercent sur la voiture. Notre choix s’est tourné vers une 24 aux différents Notre choix s’est tourné vers une boite à vitesse à crabots présente en salle de conception mécanique à l’IUT GMP, car cette boite est d’une taille considérablement plus petite et son fonctionnement est plus simple. Page 2 sur 46 Dans le cas d’une boite « classique », ce qui permet de changer de vitesse, c’est une fourchette commandée par le levier de vitesse pousse la bague de synchronisation du baladeur dans le pignon choisit.

Ce qui caractérise la boite à vitesses dite « classique » ‘est que les pignons ne se déplacent pas mais sont rendus solidaires par la bague du baladeur qui les verrouille sur l’axe. Utilisé en compétition (rallye notamment) et sur les motos, cette boîte possède l’avantage de pouvoir se passer d’embrayage et d’avoir un meilleur rendement, au prix d’une usure qui peut être rapide et d’un claquement lors des passages de vitesse. La figure montre la variation du couple maximum et de la puissance maximum, qui peut être fournie par le moteur à différentes vitesses de rotation.

On constate que: – le couple est presque constant et Indépendant de la itesse de rotation du moteur dans la zone d’utilisation du moteur. – en-dessous d’une certaine vitesse de rotation du moteur, le couple fourni est nul, c’est-à-dire que le moteur ne peut pas démarrer en charge. – au-dessus d’une certaine valeur de la vitesse de rotation, le couple fourni par le mote une vitesse de rotation élevée (environ 5000 à 6000 t/mn). La résistance au mouvement du véhicule dépend des conditions d’utilisation: – au démarrage, il faut une force assez grande pour l’accélération initiale du véhicule. une fois que le véhicule est en mouvement (à faible vitesse), il aut vaincre les forces dues au roulement des pneumatiques. – en pente, il faut fournir une force supplémentaire pour compenser l’effet de la pesanteur. – il y a la résistance de l’air à vaincre Page 3 sur 46 Le crabotage entre deux éléments est un cas particulier d’embrayage sans glissement résultant d’un accouplement avec obstacle. Ici nous avons un embrayage ? crabots avec une fourchette commandant sa translation.

La fourchette est destinée à commander la translation d’un pignon baladeur d’un crabot ou d’un synchronisateur. Dans le cadre de notre étude, nous avons une ourchette solidaire d’un coulisseau, qui lui assure un mouvement de translation rectiligne. Le silence de fonctionnement n’étant pas un problème pour une tondeuse on trouvera des roues ? denture droite. Le dimensionnement des dents dépend de la résistance pratique à la traction du matériau, de la pression de Hertz admissible et du couple transmis (ce dernier changeant avec le rapport d’utilisation).

Le baladeur à crabots Ml, lié angulairement à l’arbre de 4 24 ralentissement, le régime du moteur baisse, celuici ne fournira pas assez de puissance lorsque le conducteur oudra ré-accélérer le véhicule, il faudra passer sur le rapport de vitesse inférieure. Page 4 sur 46 Le conducteur débraye, met la boîte au point mort comme représenté sur le schéma, le baladeur Ml n’est plus solidaire du pignon A mais il faut le rendre solidaire du pignon S3, fou sur l’arbre secondaire de boîte S.

Pour que le crabotage puisse se faire dans de bonne conditions, il faut que la vitesse angulaire su pignon fou S3 soit la même que celle du baladeur Ml, donc de l’arbre de sortie S, laquelle variera assez peu durant le changement de vitesse, à cause de l’inertie du véhicule. La boite de vitesse qui sera étudiée est à commande manuelle. Cette dernière est réalisée avec des trains d’engrenages ordinaires et comporte deux arbres. Le changement de vitesse est assuré par des crabots, déplacés par des fourchettes dont le mouvement résulte du levier (visible sur la vue isométrique de la boite cf. Solutions Technologiques). age 5 sur 46 On s’est intéressé, lors de l’analyse de notre boite à crabots, à la manière avec laquelle avaient été choisis les engrenages. Le train d’engrenage de la boite est composé d’enerenages parallèles (a droits et à denture droite s 4 ésistent mieux aux efforts axiaux engendrés lors du changement de vitesse (quand le baladeur craboteur déplace le pignon). De plus, on obtient un meilleur rendement avec de dentures droites, cependant l’usure est plus rapide car le changement de vitesse se fait de manière violente : le choix des matériaux en fonction de leur résistance est donc essentiel.

Néanmoins dans notre cas, les rapports se passent ? l’arrêt du moteur de la tondeuse, mais l’usure reste plus rapide qu’avec des dentures hélicoidales où les transmissions sont plus souples. On s’est alors demandé comment faire pour calculer dimensionner) ces engrenages. Les engrenages à dentures droites sont parmi les plus simples ? calculer. Cercles primitifs des engrenages page 6 sur 46 Pour les engrenages, on parle de cercle primitif ; c’est le diamètre primitif de la roue ou du pignon.

Il se trouve au milieu du cercle de base et du cercle de tête (extrema). a : c’est l’angle de pression entre le rayon du cercle primitif passant par le point où le profil coupe le cercle primitif de la tangente au profil de ce point. a change avec le type d’engrenage. Pour les dentures droite, 20@. Ligne d’action ou d’engrènement, tangente aux 2 cercles primitifs Pour le calcul des engrena du matériau à utiliser, on 6 4 permet de déterminer le matériau à employer en fonction de Rpe, la résistance pratique au glissement m : module F : force tangentielle K. oefficient de largeur de denture allant de 6 à 10 selon les roues dentées Nous avons donc découvert que les engrenages se dimensionnent selon les critères suivants : le couple à transmettre, du module du nombre de dents. Ces critères dépendent du cahier des charges fonctionnel édité par le client potentiel (c’est donc en fonction des besoins exprimés) : le rapport de réduction demandé, la taille, ‘encombrement, la durée dans le temps, etc.

Page 8 sur 46 Voici un tableau qui répertorie les caractéristiques principales Caractéristiques principales Module pas Nombre de dents primitif de tête tp de base unités Normes ISO : distance centre de la sectioncontrainte Angle de rotation maxi L longueur de poutre G : module de coulomb C’est lorsque les engrenages entrent en contact que se crée le moment de torsion , Le concepteur choisit donc un coefficient de sécurité en fonction du matériau à utiliser. On choisit un angle de rotation maximal.

Ces deux éléments se choisissent en fonction Re, Rr,Reg, et du Module de Young du matériau. Etudes préliminaires de conception, dans le dimensionnement des clavettes On suppose que la clavette travaille en cisaillement pur. La sollicitation est – – Dans cette configuration-là, on a : maximale au niveau du Avec S : Section cisaillée T : Force tranchante Page 10 sur 46 En appliquant le PFS : La zone en pointillé rouge représente la zone où il y a une concentration de contraintes.

Pour dimensionner la clavette, il faut calculer L On a . La longueur minimale trouvée à la suite de ce calcul est trop minimale pour en tenir compte. Le dimensionnement ne se calcule as en cisaillement.. les plus sollicitées sont représentés en pointillés Les crabots sont soumis à deux contraintes tel que : û Cisaillement D Flexion Page 11 sur 46 Voici les quelques éléments qui semblaient intéressants ? dimensionner. Le calcul des structures de la boite à vitesse ne se limite pas seulement à ses quelques.

Mais leurs caractéristiques et leur utilisation semblent intéressantes ? étudier Pour le dimensionnement complet de la boite nous ne sommes pas assez avancés dans les cours page 12 sur 46 Les principaux composants de la boîte de vitesses, qui sont en luminium, en acier ou en fonte, arrivent sur le site à l’état brut de fonderie ou de forge. Une succession de techniques d’usinage permet de leur donner leur forme définitive : tournage, perçage, taillage, ébavurage, rasage, traitement thermique, phosphatation, rectification, rodage, taraudage. our garantir un bon fonctionnement des boîtes de vitesses, les dentures des pignons et des arbres doivent être ajustées au micron près (1 micron – 1 millième de mm). pour réaliser des dentures au micron, les outils d’usinage sont affûtés et mesurés avec une récision maximale. itesses demande tout un savoirfalre pour garantir la précision de l’usinage, malgré les déformations thermiques. page 13 sur 46 Base de calcul Diamètre primitif ( Module ( m) X Nombre de dents (n) Diamètre Extérieur = Dp + 2m Diamètre de fond de dent = DP – 2. m Hauteur de dent = 2. 25m Présentation de l’usinage. Coutil est spécifique à chaque module et le profil varie suivant le nombre de dents. Les fraises modules sont généralement vendues par jeux de 6 à 8. La broche de la fraiseuse est verticale ou horizontale sauf pour les pignons hélicoïdaux ou on incline ? auche ou à droite suivant l’angle de l’hélice au Diamètre Primitif. Page 14 sur 46 Cas d’un diviseur à gauche.

Déclarer OP sur la face d’appui du montage et le Z à zéro à la hauteur de centre du diviseur ( le centre de la forme de l’outil aussi ) Description du cycle : 1- La machine se positionne au-dessus du point 1 en X et Y et mise en route de la broche et mise ? zéro du diviseur (rotation). X= Epaisseur de pièce + une valeur qui dépend du rayon de fraise et de la profondeur de passe ( on peut y mettre un calcul ou une valeur our faire simple ) Y- Rayon du pignon + Rav . 5 ( on est certain de ne 0 4