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Projet intégré de mécanique

Pierre Duysinx, coordinateur

Eric Béchet, Olivier Brüls, Jean-François Debongnie, Tristan Gilet, Jean Stuto

Département Aérospatiale & Mécanique

Université de Liège

Année Académique 2013-2014

Objectif du projet intégré

Développer sa capacité à mener à bien un projet de mécanique

Depuis l’idée jusqu’au prototype fonctionnel

En passant par les phases d’analyse, de préconception, de dimensionnement, de prototypage et de fabrication.


Compléter la formation de base de l’étudiant ingénieur mécanicien en lui fournissant les éléments nécessaires en technologie

Susciter son intérêt pour développer ses connaissances en conception et en fabrication mécanique


Connaissances antérieures

Nouvelle connaissance à acquérir

Processus d’apprentissage


Les étudiants devront résoudre un problème de conception depuis la phase de conception préliminaire jusqu’à la production de plans et la planification de la fabrication.

L’apprentissage par projet qui soutient et développe la créativité des étudiants.


La réalisation du projet est complétée en fonction de ses besoins spécifiques par :

Des exposés par des membres du personnel académique et scientifique,

Des séminaires dispensés par des industriels,

Des formations pratiques tels que séances de laboratoires de métrologie, méthodes de fabrication, des visites d’usine et des journées de travail sur le terrain…

Organisation du projet intégré

Séances de cours

Mardis PM et vendredis PM de septembre à mai

50% cours et séminaires

50% travaux dirigés

La présence à 75% des séances de travaux dirigés est obligatoire pour la réussite du projet.

Evaluation du projet

L’évolution du projet sera évaluée par une présentation finale du projet ainsi que des évaluations partielles lors de jalons à la Toussaint, à Noel et à Pâques.

Partiel de Noël : 30%

Présentation de juin: 30%

Dossier final: 40%

La défense des projets peut être réalisée en anglais.

Thèmes des cours et séminaires

Semestre 1 : Conception

Thème 0 (transversal):

Gestion de projet - L. Chefneux (Arcelor)

Recherche efficace en bibliothèque - Hassan Bougrine

Les brevets et la propriété intellectuelle (PiCarré)


Thème 1 : Le processus de conception

Le cycle de conception

Spirale de la conception

La conception assistée par ordinateur et le maquettage digital

Eco conception

Thème 2 : Le dessin technique

Standardisation et conventions du dessin technique

Cotation, tolérancement

Rugosité, définitions

Lectures de plans


Thème 3 : Transmission de puissance

Engrenages

Poulies, courroies, chaînes

Embrayages et freins

Thème 4 : Eléments d’assemblage

Soudage

Collage

Rivets, boulons et vis


Thème 5 : Etanchéité et joints

Thème 6 : Automatique

Asservissement linéaire

Introduction à la programmation des microcontrôleurs


Semestre 2 : Fabrication

Thème 11 : Méthodes de fabrication

Introduction au travail de bureau des méthodes

Cotation de fabrication & gamme de fabrication

Contraintes résiduelles.

Ablocage des pièces. Liaison outil-machine.

Usinage : méthodes spéciales et usinage de haute précision


Thème 12 : Productique – Jean Stuto (FN Herstal)

Machines-outils à commande numérique et lignes de production flexibles, langage ISO

Maintenance, maintenance prédictive, capabilité machine

Introduction à la qualité

Comptabilité analytique de l’atelier

Sociologie de l’atelier


Thème 13 : Métrologie

Etat de surface, définitions

Incertitudes et erreurs de mesure

Métrologie dimensionnelle

Méthodes classiques

Méthodes spéciales : micrométrologie

Méthodes optiques – séminaire (CSL)

Travaux pratiques au laboratoire

Projets de conception

Points clefs à considérer pour tous les sujets

Conception

Établissement du cahier des charges (fonctionnel, économique) – possiblement en lien avec d'autres groupes de travail

Établissement d'un calendrier de travail pour la partie conception

Choix pertinent parmi plusieurs technologies de réalisation permettant a priori de satisfaire le CDC


Conception

Conception préliminaire

Validation de la faisabilité, tant en fabrication que du point de vue économique

Dimensionnement (en statique, dynamique si pertinent, thermique, etc.)

Validation sur l'ensemble des éléments du CDC

Édition de la liasse de plans d'ensemble, de définition

Définition des procédures de contrôle de la conformité (in fine, ce qui est conforme respecte le CDC sur ses parties fonctionnelles)


Fabrication

Études pour la réalisation : en interne/ ou en sous-traitance, calendrier, aspects économiques

Fabrication en interne : conception des outillages (cycle de conception simplifié, plans), fiches / dossier de fabrication, outillages fabriqués en interne ou achetés... etc..

Sous-traitance : CDC, demande de prix, choix / validation économique

Mise en place des procédures en cas de non conformité (rebut, réparation … )

Fabrication

Réalisation d'un prototype : devis pour fournitures et sous-traitance, commandes/achats, réalisation, contrôle respect conformité.

Retour sur la conception et la fabrication, les choix effectués ...

Intégrer démarche qualité ?

Intégration du système

Test et validation



Réalisation par groupe de deux étudiants

Mise en jeux d’un maximum de compétences acquises en master

Synergie possible (souhaitable!!!) avec d’autres projets à réaliser dans le cadre d’autres cours (ex. Conception assistée par ordinateur) et les concours tels que Ingénieur de Projet

Développer l’esprit d’initiative: recherche bibliographique, commencer et gérer son projet, concevoir, dimensionner, dessiner des plans, superviser la fabrication…

Projet Intégré #1: Fauteuil roulant à

assistance ergonomique

Un personne handicapée moteur évolue et vieillit. Elle va utiliser progressivement un fauteuil à propulsion électrique.

Encadrement : Prof. Eric Bechet



Conception

Établissement du cahier des charges (fonctionnel, économique) . Bien identifier les usagers, clients, etc...

Choisir un concept qui répond au besoin principal (à définir précisément) et éventuellement apporte d'autres avantages en répondant à d'autres besoins secondaires

Établissement d'un calendrier de travail pour la partie conception

Choix pertinent parmi plusieurs technologies de réalisation permettant à priori de satisfaire le CDC

Conception préliminaire

Validation de faisabilité, tant en fabrication que économique

Dimensionnement (en statique, dynamique si pertinent, thermique etc...)

Validation sur l'ensemble des éléments du CDC

Édition de la liasse de plans d'ensemble, de définition ; définition des procédures de contrôle de la conformité (in fine, ce qui est conforme respecte le CDC sur ses parties fonctionnelles)



Fabrication

Études pour la réalisation : interne/ ou en sous-traitance, calendrier, aspects économiques

Fabrication interne : conception des outillages (cycle de conception simplifié, plans), fiches / dossier de fabrication, outillages fabriqués en interne ou achetés... etc..

Sous-traitance : CDC, demande de prix, choix / validation économique

Mise en place des procédures en cas de non conformité (rebut, réparation … )

Réalisation d'un prototype : devis pour fournitures et sous-traitance, commandes/achats,

réalisation, contrôle respect conformité.

Retour sur la conception et la fabrication, les choix effectués ...

Intégrer démarche qualité ?

Projet Intégré #3: Conception d’un moteur de

kart optimisé pour le bioéthanol

Conception et fabrication d’un moteur de kart fonctionnant au Bioéthanol

Encadrement : Prof. P. Duysinx, Y. Louvigny, K. Sartor, E. Tromme

Synergie avec projet ASTE

Projet Intégré #3: Conception d’un moteur de

kart optimisé pour le bioéthanol

Actuellement :

Moteur de kart à essence modifié pour fonctionner au bioéthanol résultat assez pauvre

Objectif

Concevoir complètement ou partiellement pour fonctionner de manière optimisée avec du bioéthanol ou du butanol

Fabriquer, tester et valider le prototype

Projet Intégré #3bis: Conception d’un moteur

diesel 2T à pistons opposés

Conception et fabrication d’un prototype de moteur de moteur 2T à pistons opposés

Encadrement : Prof. P. Duysinx, Y. Louvigny, K. Sartor, E. Tromme

Synergie avec projet ASTE, Eco Marathon

Projet Intégré #3bis: Conception d’un moteur

diesel 2T à pistons opposés

Objectif

Etude du concept: thermodynamique, cinématique et dynamique…

Etudes des composants: sur alimentation, admission, échappement, lubrification…

Production de plans et dimensionnement

Production d’un prototype fonctionnel

Applications:

Shell Eco Marathon (5 -15 kW)

Projets Intégré #4 Four solaire

Conception et fabrication

d’un four solaire à usage

domestique

Encadrement:

Tristan GILET

Principe:

Le four solaire est un système de cuisson fondé sur la capture du rayonnement solaire et sa transformation en chaleur


Avantages de la cuisson solaire • Pas d’énergie fossiles

Déforestation freinée, pollution nulle

• Cuisson lente

propriétés nutritives conservées

Inconvénients des systèmes actuels • Réflecteurs non-optimisés puissance limitée

• Lourd et encombrant difficilement manipulable

• Orientation manuelle pour suivre la course du soleil

• Aucun contrôle sur la température

Difficilement compatible avec le mode de vie européen


Objectif

Concevoir, fabriquer et tester (Miam…)

un four solaire à usage domestique(européen) ne possédant pas les inconvénients sus-mentionnés.

Description Durant la conception, on considérera:

• Les mécanismes permettant le suivi du soleil (axes de rotation, moteurs asservis)

• Des réflecteurs secondaires / occulteurs pour le contrôle de la température

• La maniabilité (positionnement des masses, frottements) et l’accessibilité


Mécanisme de base

Le four est essentiellement constitué d’un réflecteur et d’une enceinte de cuisson.

Le réflecteur est fait de miroirs agencés pour focaliser la lumière du soleil sur l’enceinte de cuisson. Le réflecteur est monté sur plusieurs axes de rotation permettant le suivi de la course du soleil.

L’enceinte de cuisson est un caisson thermiquement isolé dans lequel on dépose les plats/casseroles; elle bénéficie généralement d’un effet de serre.


Application

A l’heure actuelle, il existe de nombreux designs de four solaire répondant plus ou moins aux attentes des utilisateurs potentiels. Le mode de vie et la culture locale sont des éléments prépondérants dans la justification d’un design.

Dans le cadre de ce projet, il vous est demandé de répondre aux besoins du marché européen unifamilial.


Besoins et contraintes

La température doit être asservie, via un contrôle de la puissance délivrée au four (dans la mesure du disponible).

Le compartiment de cuisson doit pouvoir contenir plusieurs plats de différente taille. Il doit être chauffé le plus uniformément possible.

Les rotations seront assurées par des servomoteurs programmés.

L’encombrement doit être minimum. Le réflecteur doit rester manipulable indépendamment des servomoteurs ( couples et frottements faibles).

La sécurité de l’utilisateur est primordiale.

Le coût total de la fabrication (hors main d’oeuvre) doit être inférieur à 250EUR.

Projet Intégré #6: Bras robotisé et son

préhenseur

L’objectif de ce projet est de concevoir et réaliser robot composé de deux bras indépendants pouvant manipuler conjointement un objet dans un plan horizontal. Le design de l’objet à manipuler est libre, mais son poids est de minimum 50 g.

Encadrement: Prof. O. Bruls

Synergie : Ingénieur de projet

Motoman SDA Two-Arm robot


préhenseur

Dans le mode mono-actionné, l’objet est saisi et déplacé par un seul des deux bras.

Dans le mode co-actionné, l’objet est saisi et déplacé conjointement par les deux bras.

Le nombre de degrés de liberté n’est pas spécifié mais le système doit avoir au minimum un degré de liberté dans le mode co-actionné.

Dans chaque mode, l’espace de travail doit permettre des déplacements de minimum 5 cm.


préhenseur

Le système doit fonctionner selon ces deux modes et passer de l’un à l’autre selon une séquence pré-programmée.

Le cycle suivant:

Saisie de l’objet par le bras 1 et déplacement de 5 cm en mode mono-actionné

Transition en mode co-actionné et déplacement de 5 cm

Transition en mode mono-actionné pour le bras 2 et déplacement de 5 cm doit être réalisé en maximum 5 s.

Projet Intégré #7: Eolienne domestique

L’objectif de ce projet est de concevoir et réaliser une éolienne domestique

Encadrement: Prof. O. Bruls

Ce projet est proposé dans le cadre du concours « Ingénieur de Projet ». Une description complète peut être trouvée sur la page :

https://www.dropbox.com/s/mmlrjly3cfa585y/5%20-%20Eolienne%20domestique.doc

https://www.dropbox.com/s/mmlrjly3cfa585y/5 - Eolienne domestique.doc



Projet Intégré #7: Eolienne domestique

Ce projet est proposé dans le cadre du concours « Ingénieur de Projet ». Une description complète peut être trouvée sur la page :

https://www.dropbox.com/s/mmlrjly3cfa585y/5%20-%20Eolienne%20domestique.doc





Projet #8: Tondeuse à gazon automatique

Avant-projet de tondeuse à gazon à avance automatique

Encadrants: J.-F. Debongnie

Projet #8: Tondeuse à gazon automatique

Objectifs:

État de la question : examen des solutions adoptées sur les tondeuses du commerce, avec discussion.

Définition des grandeurs utiles : vitesse d’avance à atteindre (il existe une limite à ne pas dépasser, en fonction du régime du moteur), vitesse de rotation correspondante de l’essieu…

Discussion des deux solutions possibles, à savoir, roues avant motrices et roues arrières motrices.

Choisissant un moteur courant, établir la transmission d’avance et habiller la tondeuse en conséquence.

Projet #9: Banc à rouleaux pour le test des

petits véhicules

Développement d’un banc à rouleaux pour tester les petits véhicules dans le cadre des activités didactique du service: Shell Eco Marathon, Kart didactiques…

Encadrants: P. Duysinx, X. Tasquin, Y. Louvigny


petits véhicules


petits véhicules

Contexte: développement et prototypage de petits véhicules (Pmax < 6 kw)

Shell Eco Marathon

Karts didactiques ASTE

Objectifs:

Banc à rouleaux permettant de tester et caractériser les véhicules en développement

Mesure le puissance et de la force à la roue

Au moins deux modes de fonctionnement: vitesse asservie, loi de roue

Acquisition de données

Projet intégré # 11: Porte caméra orientable

pour un drone

Contexte :

Dans le cadre des TFE d'aérospatiale, on envisage la réalisation d'un drone. Celui ci doit être utilisé pour la surveillance et comporte un volume dédié à un appareil photo ou une caméra orientable.

L'objet de ce projet est la conception de cette nacelle.

Projet intégré # 12: Tire vélo

Contexte:

Pour les villes comme Liège avec des collines, la pratique du vélo est rendue difficile par l’obligation de gravir les côtes.

Description du projet

L’objet du projet est d’imaginer et dimensionner un système de tire vélo capable d’emporter le cycliste et son vélo en remontant la pente à vitesse modérée.

Encadrement:

Tristan Gilet

Projet intégré # 12: Tire vélo

Besoins et contraintes

Le système doit tracter le vélo et son l’utilisateur.

Le câble est souterrain.

Le système doit pouvoir s’adapter en un clic sur la plupart des vélos.

Le système doit maintenir le vélo stable durant la traction, y compris à vitesse élevée.

Les manœuvres d’engagement/désengagement doivent être simples, rapides et intuitives.

Si une pièce doit être fixée sur le vélo, son prix et son encombrement doivent être minimisés.

Le coût total de fabrication du prototype (hors main d’oeuvre) doit être inférieur à 100EUR.

Projet intégré # 13: Etuve pour

fabrication de composites

Contexte:

Un atelier de fabrication de pièces composites a besoin d'une étuve pour fabriquer des pièces de qualité mécanique irréprochable (les performance optimale des résines polymères sont obtenues après cuisson à haute température).

L'étuve classique être dimensionnée par rapport aux pièces les plus grosse devant être réalisées, même si cela n'arrive qu'une fois tous les ans.

Projet intégré # 13: Etuve pour

fabrication de composites

Objet du projet:

On souhaite donc étudier le concept d'une étuve de volume variable, ce qui a plusieurs avantages : Amélioration la capacité de chauffe à puissance donnée

Économie d'énergie par minimisation des surfaces d'échange avec l'ambiant

Rangement facile de l'outillage si il est inutilisé

Projet intégré # 14: Etude d’un

tribomètre

Objet du projet:

L’Université de Liège, jadis pionnière dans le domaine de la lubrification, ne possède plus à l’heure actuelle d’un tribomètre arbre-palier, encore appelé banc d’essai Stribeck.

L’idée est donc d’en reconstruire un nouveau, non pas sur base des réalisations anciennes, mais après une ré-étude complète du cahier des charges et des solutions techniques possibles.

Encadrement:

Jean-François Debongnie

Projet intégré # 14: Etude d’un

tribomètre

Cahier des charges

Le tribomètre devrait avoir les possibilités suivantes :

1. Vitesse de rotation réglable de pratiquement zéro à des vitesses habituelles de 1500 à 3000 tr/min.

2. Mise en charge variable et mesurable, de zéro à une charge maximale à déterminer en fonction des caractéristiques générales de l’essai.

3. Dispositif d’alimentation du palier en huile.

4. Mesure précise du coefficient de frottement à l’arbre (qui diffère du coefficient de frottement au palier).

Projet intégré # 15: Etude d’un système

de découpe de master pour composite

Contexte:

Lors de la fabrication de moule en matériaux composites, on est amené a réalisé des masters typiquement en mousse de PU ou autre matériaux. Une technique possible est la section des volumes en tranches que l’on usine selon le profil extrait de la CAO.

Projet intégré # 15: Etude d’un système

de découpe de master pour composite

Objet du projet

On souhaite réaliser une machine qui puisse réaliser de manière automatique les tranches du master selon un profil donné.

On souhaite également que le travail soit accompagné de l’outil logiciel qui permette de transformer le modèle CAO en tranches et être interprété par la machine de découpe.

La première application sera la réalisation de moule pour le Shell Eco Marathon.

Calendrier

4/10/13: Sélection des projets et constitution des groupes

25/10/13 Evaluation du cahier des charges et de la

définition du problème

20/12/13 Evaluation (partiel 30%) du prédesign et du

concept sélectionné

14/03/13 Evaluation dimensionnement avant ordres

d’achats et de fabrication

23/05/13 Remise des dossiers complets

19/6 ou 20/6 Défense des projets

Bon travail

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