dimensionnement mécanique - valeur efficace ou moyenne

[invitec3ce157e]

Bonjour à tous,

Je dois dimensionner les éléments mécaniques d'un ensemble moteur électrique - transmission par chaîne - roue.
Ce système fonctionne selon un parcours et un cycle défini (variation du couple moteur, de la puissance, de la vitesse de rotation...)
Le moteur fonctionne aussi en mode frein, ce qui implique des inversions de couple (couple positifs et négatifs).

Je sais qu'en électricité on calcule la valeur efficace d'une tension sinusoïdale qui correspond à la tension équivalente en continu.

Dois-je alors considérer le couple et la puissance moyennes ou efficaces pour dimensionner mes éléments mécaniques?
Après tout trouver la valeur du couple efficace de mon cycle de fonctionnement reviendrait à trouver le couple d'un cycle continu, non?

Merci.
-----

[Sanglo]

Bonjour,

Je me posais des questions ... sur ta question.
Je pensais que quelqu'un aurait compris pour donner une réponse mais je vois qu'on ne se bouscule pas au portillon.

Un couple c'est une force et un bras de levier N * m = Nm
Je ne vois pas ce que viennent faire ici des notions de valeur efficace, de tension équivalente etc ... etc.

Un moteur tourne sur une tension U et pour calculer la puissance on se fiche qu'elle soit continue ou alternative
P= CW et c'est aussi P= UI avec U = la tension du réseau.

Si quelqu'un a compris autre chose, alors qu'on m'explique ... car dans ce cas, j'aimerais aussi comprendre .

A++

[Tropique]

Je crois qu'il y a une assimilation mal à propos avec des grandeurs électriques. C'est vrai que les valeurs rms, moyenne et autres ont cours dans beaucoup de domaine, y compris la mécanique, mais ici ce n'est pas très pertinent: pour le dimensionnement d'une transmission, le plus important est la valeur de crête.
Si un effort dépasse même pendant un temps infime la limite de rupture d'un organe, il va casser, même si les valeurs moyennes et rms sont ridicules.

[Sanglo]

C'est donc bien ce que pensais.

En fait, la question des valeurs moyennes ne se posent jamais en mécanique.
Si on est juste à la limite de la résistance en valeur de crête, la moindre surcharge risque de tout foutre en l'air ... d'où les coéfficients de sécurité en plus de la prise en compte de l'effort maxi.

A++

[A voir en vidéo sur Futura]

[VirGuke]

En fait, la question des valeurs moyennes ne se posent jamais en mécanique.

Ben un petit peu quand même, là c'est un truc qui va faire des cycles, il va certainement devoir le dimensionner en fatigue plutôt qu'en rupture.

[Sanglo]

Si le bidule est bien calculé, il tiendra à la rupture mais il se peut que la fatigue se fasse sentir après x cycles.

Par contre s'il est calculé trop juste (avec des valeurs moyennes par exemle), il cassera avant d'avoir commencé à fatiguer .

A++

[VirGuke]

Et donc ?

Dimensionner en fatigue à N cycles c'est plus contraignant que à 1 cycle qui revient à la rupture.


Donc pour revenir au problème initial les couples négatifs sont contraignants pour le moteur et la roue en fatigue mais moins pour la chaîne.
En revanche les valeurs moyenne et efficace du cycle total ne servent à rien en l'état.

[Sanglo]

Salut VirGuke,

Et donc ?

C'est certain que c'est plus contraignant de calculer à la fatigue qu'à la rupture car même en utilisant des considérations mécaniques et physiques, la résistance à la fatigue reste dans un domaine qui fait plus appel à l'expérimental qu'au calcul proprement dit.
Caractériser un ensemble pour localiser les zones de fatigue demande des essais longs et coûteux, essais qui ne sont réalisés que pour des produits largement diffusés.
C'est d'ailleurs pour çà que nombres de pièces sont soumises "aux tortures mécaniques" avant d'être lancées sur le marché.
Ces essais permettent de dire qu'une pièce resiste à xxx cycles mais ne permettent pas de dire après combien de cycles elle va se rompre.
Ces essais permettent d'assurer la fonctionnalité pendant un nombre de cycles minimum ... au delà ????

Pour en revenir au problème:

Ce système fonctionne selon un parcours et un cycle défini (variation du couple moteur, de la puissance, de la vitesse de rotation...)
Le moteur fonctionne aussi en mode frein, ce qui implique des inversions de couple

Le système fonctionnant en cycle il peut y avoir un phénomène de fatigue mais pour avoir un effet réel, il faut que les causes qui la provoque soient répétitives et avec des différences de valeur significatives (accélérations ou décélérations brusques, variations de charges importantes ...etc).
On peut facilement chiffrer ces variations ainsi que leur période mais sans essais on n'aura rien sur la résistance à la fatigue.
Par contre, le chiffrage de ces efforts intermédiaires permet de situer à quel niveau de containtes on se trouvent par rapport au niveau de la rupture.
Plus la différence entre ces deux niveaux sera importante et moins le phénomène de fatigue sera présent.

A++

[Zozo_MP]

VirGuke

Je trouve vos conclusions un peu hâtives. Quand on conçoit un système on doit toujours dimensionner par rapport au but final d'usage.

vous dites

les couples négatifs sont contraignants pour le moteur et la roue en fatigue mais moins pour la chaîne.

C'est inexact car dans tous les systèmes quels qu'ils soient, on voit presque toujours pour ne pas dire toujours la chaine qui casse bien avant le pignon et encore bien avant pour ce qui est du moteur.
Regardez les grosse motos japonaises qui soumettent les chaines à rude épreuve et bien on changera le kit chaine et le pignon tous les "N" kilomètres.

La chaine casse par ce que celle elle qui se mange toute l'inertie à l'accélération ou au freinage brutal. Si vous avez fait une peu de mécanique regardez le diamètre des tous petits axes d'un maillon et une fois que vous avez calculé par une formule simple la simple rupture au cisaillement d'un axe en chape. Vous calculez la même rupture au cisaillement de l'axe qui tient le pignon ainsi que la résistance à la rupture de la clavette du pignon. Vous comprendrez ainsi l'expression populaire le maillon faible.

En revanche les valeurs moyenne et efficace du cycle total ne servent à rien en l'état.

Ce que vous dites est à la fois vrai et inexact.
Si je reprend votre exemple moteur pignon chaine dans une bonne conception on va essayer de ce rapprocher de la valeur finale des contraintes demandées pour construire l'ensemble. Donc les trois éléments doivent avoir (ce n'est jamais le cas d'ailleurs) la même résistance à la rupture Donc si c'est conçu correctement sans coeff de sécurité incohérent entre les éléments la valeur moyenne doit être assez proche de l'élément le plus faible.

Pour la petite histoire Nissan avant que Renault ne lui évite la faillite avait la majorité des composants avec une durée de vie égale à 3 fois celle du véhicule donc cette sur-qualité à faillit lui être fatale. A contrario et à l'opposé vous avez beaucoup de produit "merde in china" ou la plupart des éléments ont des coefficients de sécurité faible ou négatif ce qui fait que la somme des faiblesses et supérieure à la moyenne théorique de résistance.

Quand à faire des tests simples de rupture ou avec fatigue c'est en fonction de la destination de l'objet. Un gousset qui tient une cornière d'un bati qui n'est soumis à aucune effort dynamique ne nécessite pas de calcul relatif à la fatigue par contre un pylône de télésiège soumis à d'intenses vibration et des contraintes mécaniques composées et ce pendant plusieurs années nécessite d'autres calculs de fatigue nettement plus sophistiqués.

Moralité un grain de sable ou la moyenne des grains de sable sont plus résistants que la machine la mieux conçue (cf boeing avec ces batteries qui ne leur donne pas satisfaction) ou la NASA avec un fusée qui explose à cause d'un composant d'une sonde de température à 2,65 $.

Pour conclure regardez pour les pompes notamment la notion de valeur de service par rapport au autres valeurs annoncée par le constructeur.

Cordialement

[VirGuke]

Salut,

Par moins sollicitant j'entendais que la chaîne allait travaille en traction en permanence (donc une moyenne positive) alors que le pignon travaille dans les deux sens (donc à moyenne nulle). C'était juste pour illustrer la différence en terme de sollicitation, ça ne change rien au fait que la chaîne est plus mince et plus fragile.


Juste, à la base, je critiquais le "jamais" dans " la question des valeurs moyennes ne se posent jamais en mécanique.".

Pour la petite histoire Nissan avant que Renault ne lui évite la faillite avait la majorité des composants avec une durée de vie égale à 3 fois celle du véhicule donc cette sur-qualité à faillit lui être fatale.

Haha, y'en a qui le font encore

[invite01fb7c33]

Comme tu as un parcourt définit avec cycle et un profil de couple et de vitesse, le système doit impérativement passer le couple maximum, et pour la puissance il doit impérativement passer la puissance maximum (zone du profil ou le produit couple vitesse atteins son maximum).
Si le système ne peut pas fournir le couple et la puissance, le profil ne sera plus respecté.
Le moteur choisi doit donc être capable de fournir le couple et la puissance maximum identifié.
On en sait dans le problème si le cycle complet représente des secondes, des minutes ou des heures.
L'évolution de la puissance moyenne sur une constante de temps qui dépend de l'inertie thermique du moteur (quelques minutes) permet de rechercher la zone du cycle qui présente la puissance moyenne la plus forte et de dimensionner le moteur en conséquence.

[invitec3ce157e]

Bonjour à tous,

merci à tous pour ces réponses.

En ce qui concerne le moteur, j'ai pris les valeurs de couple maximal à vitesse maximale ainsi que le couple efficace à vitesse efficace et j'ai vérifié si ces valeurs étaient en adéquation avec les spécifications du moteur (couple maximal et couple thermique).

En ce qui concerne les éléments mécaniques le mieux est donc que je fasse des calculs de résistance à la fatigue (arbre de rotor du moteur, moyeu de roue,etc.). Pour les chaines je me fierai aux avis des fournisseurs je pense.

@+

[Zozo_MP]

Bonjour

Juste pour conclure

Je reste en léger désaccord avec VirGuke à propos de la chaine.
La chaine travail toujours en traction c'est d'accord mais puisque l'on parle d'inversion de sens la chaine à un gros inconvénient c'est qu'au changement de sens il y a le rattrapage de la somme de jeux de chaque maillon qui provoque un a coup assez important (je ne parle même pas du pb du tendeur de chaine qui peut amplifier le phénomène selon le modèle choisi)

En effet chaque maillon à deux jeux par maillon et si l'on met entre 1/100 ème et 5 µ de jeu sur un brin d'une chaine disons de 300 mm de long et des maillons ayant un entraxe de 15 mm cela fait au bas mot 20/100ème à rattraper donc suffisant pour provoquer un a coup qui décuple le besoin de résistance d'un maillon. C'est pour cette raison d'ailleurs que l'on utilise les courroies techniques qui suppriment ce problème. Ce qui reviendrait à avoir une clavette de pignon avec du jeu qui est le meilleure moyen d'avoir un bris machine

Ma remarque ne change rien au fait que la chaine et le maillon faible du système mécanique complet.

Bonne continuation

Cordialement