LOGICIEL DE CALCULS MECA3D

Aspects statique, cinématique et dynamique

COMPRESSEUR A AIR – TUTORIAL DE PRISE EN MAIN RAPIDE

Ce logiciel permet des études : Géométrique, Cinématique, Statique (pure), Cinématique et statique, Dynamique.

Nous ne nous intéressons dans ce tutoriel qu’à une étude cinématique et « statique », i.e. queles effets de masses et d’inerties sont négligées (vitesses des pièces faibles, masses déplacéesfaibles, etc.).

Préalable :

Lancer SolidWorks (SW)Lancer Meca3d : outils/complements, cocher à droite et à gauche.Ouvrir le fichier d’assemblage : compresseur

Les fichiers sont disponibles sur le serveur, espace dépôts enseignant/Marc Maldonado

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Un onglet bleu doit apparaître à gauche en haut de l’arbre de construction :

Création des pièces et mise en place des liaisons

Si le fichier d’assemblage a été réalisé de façon à ce que chaque sous-assemblage correspondeà une classe d’équivalence, alors il est possible d’utiliser la fonction automatique : clic droit sur mécanisme/construction automatique.

Le logiciel crée alors une pièce pour chaque sous assemblage, et définit une liaison entrechaque sous assemblage s’il y a des contraintes associées. La modélisation suit doncexactement la procédure de création d’un schéma cinématique minimal, i.e. avec au plus unmodèle de liaison normalisée entre deux classes d’équivalence.

On trouve bien dans l’arbre de construction Meca3D lesquatre classes d’équivalence : sous ensemble fixe (bâti), vilebrequin, bielle et piston.

A fortiori (si si) les liaisons sont bien définies (pivotd’axe horizontal entre le vilebrequin et le bâti, pivotd’axe horizontal entre le pied de bielle et le vilebrequin,pivot glissant d’axe horizontal entre le piston et le hautde bielle et pivot glissant entre le piston et le bâti).

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Il est possible d’afficher le graphe des liaisons (ici nommé le graphe de structure) :

Clic droit sur analyse :

Cette méthode est avantageuse mais parfois réductrice.

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SimulationBouton droit sur analyse/calcul mécanique : problème hyperstatique, de degré 1 (etpourquoi ?) et avec une seule mobilité utile.Remplir par exemple le tableau ainsi (1500 tr/min, soit 25 tours par seconde, soit temps decalcul sur un tour : 1/25 sec) : attention à choisir la bonne liaison pilote (ici pivot 1) en lavérifiant dans l'arbre de construction.

Lancer les calculs, puis fin. Résultats : simulation permet de visualiser les mouvements.Possibilité de créer très facilement un fichier avi (compression microsoft par exemple) :

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Résultats Vitesse / accélération d’une pièce Par exemple vitesse linéaire du piston : courbes/ajouter/simple

Puis consulter :

Autres possibilités : trajectoire, équiprojectivité des vitesses, etc.

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VITESSE (et Accélération) d’un point particulier

Trajectoire d’un point particulier et vitesse / accélération associées

Si vous souhaitez obtenir la vitesse d’un point particulier, il faut d’abord le créer sur SW.

Bouton droit trajectoire/ajouter :

Par exemple pour visualiser la trajectoire d’un point situé sur une arête du vilebrequin : lapièce de base correspond à la pièce (sous ensemble plus précisément) fixe, i.e. le bâti.Le point de passage est à indiquer, il appartient bien sûr à la pièce associée. Noter qu’encochant le triangle en bas à droite…

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… il est possible de visualiser le champ des vecteurs vitesses par exemple.

Valider (OK) pour quitter la boîte de dialogue trajectoire. Puis courbes/ajouter/simple :Choisir trajectoire, et par exemple vitesse suivant x (voir en bas à droite de la zone graphiqueSW pour repérer les axes de la base), puis consulter.

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Pour exporter les données (courbes) sur Excel :

Clic droit dans la zone de données numériques :

Puis enregistrer les données, choisir l’extension .xls.

----- FIN DU TUTORIAL CINEMATIQUE

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Mise en place des efforts

Pour l’étude il faut imposer : 1 - un effort sur le piston (connu),2 - un couple résistant sur le vilebrequin (inconnu)

1 Effort connu

Créer un fichier Excel contenant uniquement une feuille et deux colonnes : temps & effort(sur un tour). Convertir le fichier Excel dans SW Meca3D avec Meca3D/courbes/importExcel :

Sauvegarder avec l’extension .crb

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Puis définition de l’action de l’air comprimé : choisir un effort Variable, lié à la pièceSélectionner une arête circulaire pour l’action de l’effort.Indiquer l’orientation de la résultante en fonction du repère global de l’assemblage.

2 couple inconnuAjouter un couple inconnu lié au vilebrequin.

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Attention pour les calculs, puisque le problème est hyperstatique, il faut définir descomposantes hyperstatiques qui ne seront pas déterminées.

On peut visualiser les résultats sur un sous-ensemble cinématique : bouton droit sur se biellepar exemple, isolement :

En définissant une échelle (ici 300 et 400) et une couleur pour la résultante (rouge) et lemoment (vert), on peut visualiser l’évolution des actions mécaniques en fonction de laposition de la bielle (en cliquant sur auto, ou position par position).

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Etude plus soignée sur la base d’un schéma d’architecture

Par exemple, si l’on souhaite créer une liaison rotule + linéaire annulaire sur le guidage enrotation du vilebrequin (guidage sur deux paliers constitués de roulements rigides à billes), ilfaut : Retirer la liaison pivot entre le vilebrequin et le bâti : bouton droit sur pivot1, effacer.

Basculer sur l’arbre de construction SW. Cacher le vilebrequin et l’entretoise dans le sousensemble vilebrequin, puis insertion/géométrie de référence, point : créer un point au centrede la face cylindrique creuse de la bague intérieure du roulement :

Réaliser un second point au niveau du deuxième palier.Réafficher les pièces cachées.Les deux points doivent être affichés dans l’arbre de constuction SW de l’assemblage. Cliquersur chaque point dans l’arbre de construction, outils, évaluer et noter les coordonnées despoints.Rebasculer sur l’arbre de construction Meca3D.

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Puis liaisons, clic droit, ajouter, choisir par exemple la rotule, puis suivant. Choisir les deuxpièces mises en jeu, puis définir le centre de la liaison au clavier (coordonnées du centre).

Pivot glissant2

Pivot3Pivot glissant4

Rotule1

Linéaire annulaire1

se_fixe<1>

se_vilebrequin<1>

se_bielle<1>

se_piston<1>

Si maintenant on choisit : analyse/calcul mécanique : le mécanisme est hyperstatique ; ceci estdû à l’association des liaisons pivot et pivot glissant aux deux extrémités de la bielle. Pourpalier ce problème, retirer la liaison pivot sur le pied de bielle, créer encore un point au centrede la liaison et ajouter une rotule.

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