Construction mécanique : projet et conception d'une boîte mécanique

Résumé du document

Cahier des charges stipule que l'étude porte sur un prototype de boîte de vitesse automatique. Pour cela, on utilisera des roues à denture droite. La boîte automatique sera à 4 rapports et marche arrière.
Concrètement, notre travail consistera dans un premier temps à effectuer tous les calculs d'avant-projet nécessaires pour dimensionner la boîte de vitesse, deuxièmement à choisir les rapports de boîte, et l'étagement à établir en fonction des caractéristiques dynamiques. Troisièmement, il conviendra de déterminer le rapport de pont cylindrique ou conique, éventuellement d'un renvoi supplémentaire. Quatrièmement, nous déterminerons et vérifierons l'ensemble des organes mécaniques : engrenages, embrayages, freins, roulements. Cinquièmement, notre travail portera sur le choix des aciers car la conception devra être la plus compacte possible et l'angle de pression pourra être augmenté pour améliorer la résistance de la denture. Enfin le convertisseur de couple pourra être choisi avec un rapport maxi de 2,2 – 2,3 – 2,45 – 2,6. Finalement les caractéristiques des pneumatiques seront déterminées à partir des puissances à transmettre dans la gamme actuelle du commerce.

Il s'agira d'autre part d'effectuer un dessin d'architecture en 3D ainsi qu'un dessin d'ensemble en coupe justifiant les choix réalisés, la commande
hydraulique sera définie par toutes vues nécessaires. On ne représentera pas le différentiel mais son emplacement sera prévu. La construction devra prévoir la lubrification et les différents circuits. La forme générale du carter sera globalement définie.

Extraits

[...] Construction mécanique: projet et conception d'une boîte mécanique SOMMAIRE TRAVAIL A REALISER Conception d'une boîte de vitesse CHOIX D'UN VEHICULE SELON LES DONNEES : COURBE D'UTILISATION DU VEHICULE CHOIX DES RAPPORTS DE LA BOITE Rapport de 4ème Rapport de 1ère Vérification de la tenue de l'embrayage Résolution du système : détermination des rapports des vitesses par Mathematica Vérification du rapport de 1ère Résumé des vitesses en fonction du régime moteur Courbe du régime moteur en fonction de la vitesse du véhicule Courbe de la puissance en fonction de la vitesse du véhicule Détermination de la Marche-arrière CHOIX DU MATERIAU CALCUL DES DENTURES Nombre de dents Largeur de denture CALCULS DES EMBRAYAGES ET DES FREINS embrayage B frein A embrayage D frein C CALCULS DE ROULEMENTS ANNEXES Annexe 1 : Caractéristiques de la Renault Twingo Annexe 2 : Rôle du synchroniseur et du manchon de crabotage (non calculé) 29 TRAVAIL A REALISER Page 2 CONCEPTION D'UNE BOITE DE VITESSE Cahier des charges : L'étude porte sur un prototype de boîte de vitesse automatique On utilisera des roues à denture droite. La boîte automatique sera à 4 rapports et marche arrière. Travail : Effectuer tous les calculs d'avant projet nécessaires pour dimensionner la boîte de vitesse. Choix des rapports de boîte, étagement à établir en fonction des caractéristiques dynamiques. [...]

[...] RESOLUTION DU SYSTEME : DETERMINATION DES RAPPORTS DES VITESSES PAR MATHEMATICA On a trouvé, lors des calculs des rapports de la boîte, un rapport en 2ème de 0,4975 et un rapport en 3ème de 0,7158. On rappelle : λ1 = ; λ2 = - 1.80812 0.571429 Comme on obtient λ1 supérieur à on modifie le schéma. Le 1 λ devient pignon et le 3 devient couronne. Page 13 VERIFICATION DU RAPPORT DE 1ERE On reprend le cas : Or dans le calcul du rapport de 1ère, on avait 2,842. [...]

[...] Dessin d'ensemble en coupe justifiant les choix réalisés, la commande hydraulique sera définie par toutes vues nécessaires. On ne représentera pas le différentiel mais son emplacement sera prévu. La construction devra prévoir la lubrification et les différents circuits. La forme générale du carter sera globalement définie. [...]

[...] Le coupleur convertisseur de rapport 1,5 choisit semble convenable. Page 14 RESUME DES VITESSES EN FONCTION DU REGIME MOTEUR Rapport rapport Global vitesse véhicule régime moteur Page 15 COURBE DU REGIME MOTEUR EN FONCTION DE LA VITESSE DU VEHICULE COURBE DE LA PUISSANCE EN FONCTION DE LA VITESSE DU VEHICULE V P Page 16 DETERMINATION DE ARRIERE. tr/min. LA MARCHE- Pour la marche arrière nous avons décidé de diviser par deux le rapport de première pour avoir une vitesse maxi de 26,3km/h à 6000 Le schéma cinématique est le suivant : 14 Arbre Embrayage E Embrayage E Arbre Sortie En marche avant : E1=1 et E2=0 En marche arrière : E1=0 et E2=1 On obtient : Roue d Z Page 17 CHOIX DU MATERIAU On choisit un acier de cémentation ayant pour propriétés : σ0 = 400 0 = 12 Soit : σrupture = 1200 HB = 5500 Page 18 CALCUL DES DENTURES NOMBRE DE DENTS Calcul de Z 3 max = 0,5556 (on évalue Hh = km à 90 km/h = Nci = N.Hh.60 = 12.106 tours KHL = (Nci.10-7)-1/6 = 0,97 KBL = (Nci.10-7)-1/10 = 0,98 YF = 2,5 Z1 max = = Ω = 37,7 dents Z1 max = 37 dents Calcul de Z 6 max = 1,7499 Nci = 12.106 tours ; KHL = 0,97 ; KBL = 0,98 ; YF = 2,5 Z6 max = = 29,34 dents Z6 max = 29 dents Page 19 Calcul de Z Z 3 et Z 4 d 3 et d On choisit Z 1 = 37 dents d 1 = 74 mm d 3 = 134 mm d 4 = 30 mm Z 3 = 67 dents Z 4 = 15 dents CONDITIONS DE MONTAGE : - Entraxe a 0 1-4 = a 0 4-3 Z1 + Z4 = Z4 Z3 Vérifié 2.Z 4 = Z 3 Z x 15 = 67 - 37 - Encombrement Sin ( . [...]

[...] Rr = Kr x P Page 6 avec Kr = 0,005 + , + , P : poids du véhicule P : pression de gonflage des pneus en kg/cm² V : vitesse du véhicule en km/h Soit en remplaçant P : Kr = 0,0109 + 0,53 Rr = 13,625 + 66,25 Ra = . = 0,0372 F = Ra + Rr = 13,625 + 66,287 P = 66,287 V3 + 13,625 V = 650,27 V3 + 133,66 V (en kg.m/s) (en N.m/s) = [0,8835 V3 + 0,1816 V].10-3 cv Vmax = 39,6308 m/s = 143 km/h Page 7 CHOIX DES RAPPORTS DE LA BOITE RAPPORT DE 4EME La courbe d'utilisation donne un point de fonctionnement 143 km/h - 6000 tr/min - 55 cv Pour faciliter les calculs, on se ramène à la vitesse horaire pour 1000 tr/min soit : = 23,8 km/h Avec 1000 tr/min de roues et une circonférence de pneumatiques de 1,753 le véhicule roulerait à : 1000 x 60 x 1,753 x 10-3 = 105,18 km/h Il faut donc, entre le moteur et les roues, une démultiplication de : = 4,42 Le choix de la démultiplication est fait en deux temps : tout d'abord, adopter un rapport de pont puis ajuster sur celui-ci le rapport de boîte. [...]