Etude et conception d’un banc d’essai moteur à froid

1. Sujet fin d’étude
Etude et conception d’un banc d’essai
moteur à froid
Réalisé par :
Selmi Ameni
Touil Baha
Encadré par :
Mr. Frija Mounir
RépubliqueTunisienne
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Institut Supérieur des Sciences
Appliquées et deTechnologie
de Sousse
Université de Sousse

2. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

3. • Date de fondation: 1975
• Forme Juridique: S.A
• Localité: Kalâa-Kebira
• Partenariat: Hollande
• Marché: Totalement exportatrice
• CA Annuel: 12801000 Dinars
Entreprise d’accueil
Présentation générale

4. Entreprise d’accueil
freins
culasses
Boites vitesses
Pompes d’injection
turbocompresseurs
Blocs moteurs
Secteur d’activité

5. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

6. Objectif
Motivation et objectif Motivation
• Le test à chaud est très couteux et nécessite beaucoup de temps
• Le test à froid minimise le risque d'avoir des défauts au niveau
du test à chaud avant de fermer le moteur

7.  Etudier et concevoir un banc d’essai à froid pour les moteurs à
combustion interne de nombres de cylindre différents, avec une charge
maximal de 300 Kg afin de minimiser le cout et le temps du test des moteurs
avec le cout et le procédés de fabrication raisonnable et simple.
Motivation et objectif Objectif
Motivation

8. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

9. Réglage
Opérateur
Energie
électrique Huile
Moteur non testé Moteur testé
Banc d’essai moteur à froid
Modélisation de la machine
Analyse fonctionnelle
Tester à froid les
moteurs à combustion
interne A-0 Huile, résidus

10.  Un banc de test moteur à combustion
interne à froid fiable et flexible pour la gamme
de motorisation deVEGE motoren.
Enoncé du besoin Validation du besoin
Saisie du besoin
Analyse du besoin
Analyse fonctionnelle externe

11. Analyse du besoin
Enoncé du besoin
Saisie du besoin Validation du besoin
Analyse fonctionnelle externe
Opérateur Moteur
Banc d’essai
moteur à
combustion
interne à froid
Tester les moteurs à
combustion interne à froid
A qui rend-t-il service? Sur quoi agit-il?
Dans quel but existe-t-il?

12.  Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
Pour tester l’étanchéité des moteurs et localiser les pannes.
 Qu’est ce qui pourrait le faire disparaître/ évoluer ?
Apparition d’une nouvelle technologie.
Apparition d’un autre produit plus efficace ou plus développé.
 Pensez-vous que les risques de voir disparaitre ce besoin sont réels dans
un proche avenir ?
Grâce à l’évolution industrielle le produit étudié ne peut pas
disparaitre.
Enoncé du besoin Validation du besoin
Saisie du besoin
Analyse du besoin
Analyse fonctionnelle externe

13. Banc de
test
moteurs à
froid
Stabilité
Normes
d’ergonomie
Encombrement
Qualité
Coût
Moteur
Opérateur
FP1
FC1 FC2
FC3
FC4
FC5
FC6
FC7
Identification des fonctions de
services
Hiérarchisation des fonctions
de services
Etude de la faisabilité
Analyse fonctionnelle externe

14. Identification des fonctions
de services
Hiérarchisation des
fonctions de services
Analyse fonctionnelle externe
Etude de la faisabilité
0
10
20
30
40
FP1 FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 FC6 FC7
FP1
FC1
FC2
FC3
FC4
FC5
FC6
FC7

15. FP1: tester à froid les
moteurs à
combustion interne
FT1: Entrainer le
vilebrequin en
mouvement de
rotation suivant l'axe x
Choisir du moteur
d'entrainement
démarreur
motoréducteur
servomoteur
Analyse fonctionnelle interne Choix de solutions
Diagramme FAST

16. FP1: tester à froid les
moteurs à
combustion interne
maintenir axialement
l'arbre par rapport au
vilebrequin
roulement à
billes à contact
radial
roulement à
rouleaux
conique
entretoise
+
joint double
lèvres
protéger le guidage
FT1: Entrainer le
vilebrequin en
mouvement de
rotation suivant l'axe x
Guider l'arbre du moteur
d'entrainement par
rapport au volant
moteur
Analyse fonctionnelle interne

17. FP1: tester à froid les
moteurs à
combustion interne
FT1: Entrainer le
vilebrequin en
mouvement de
rotation suivant l'axe x
Lier et transmettre le
mouvement de rotation
au vilebrequin
Accouplement
Poulie courroie
Système cardan
Analyse fonctionnelle interne

18. FP1: tester à froid les
moteurs à combustion
interne
FT2:Fixer le moteur à
tester sur le banc
d'essai
concevoir le support
2 tiges support
avec cales en L
+
système vis écrou
maintenir en position le
moteur à tester suivant
l'axe z
maintenir en position le
moteur à tester suivant
l'axe x
tête de montage
flexible /
ajustable
+
des accroches
système
vis écrou
Analyse fonctionnelle interne

19. FP1: tester à froid les
moteurs à
combustion interne
FT3: alimenter le
moteur pour le test
d‘étanchéité et de
pression
Récupérer l'huile
Alimenter le moteur
par l’huile
Stocker l'huile
système d'alimentation
à
pistolet avec compteur
incorporé
Manuellement
Entonnoir
Réservoir avec filtre
intégré
Analyse fonctionnelle interne

20. FP1: tester à froid les
moteurs à
combustion interne
FT4:détecter les
défauts
détecter les fuites de
l'huile
Capter le défaut de
pression dans le circuit
HP de l'huile
détecter le défaut de
compression
Manomètre de
pression
Contrôle visuel
Capteur de pression
Compressiomètre
enregistreur
Analyse fonctionnelle interne

21. Analyse fonctionnelle interne
Critères K
Solution
S1 : Démarreur S2 : Motoréducteur S3 :Servomoteur
Note Total Note Total Note Total
C1 :Précision 3 1 3 3 9 3 9
C2 :Vitesse 3 2 6 3 9 2 6
C3 :Couple 3 1 3 3 9 2 6
C4 :Cout 2 3 6 2 4 1 2
18 31 23
Choix de solution
Diagramme FAST

22. Critères K
Solution
S1 : Roulement à billes S2 : Roulement à rouleaux conique
Note Total Note Total
C1 : Précision 3 3 9 2 6
C2 :Rendement 3 3 9 3 9
C3 : Jeu 2 2 4 2 4
C4 :Cout 2 1 2 3 6
C5 :Vitesse 3 3 9 2 6
33 31
Analyse fonctionnelle interne

23. Analyse fonctionnelle interne
Critères K
Solution
S1 : Accouplement S2 : Poulie-courroie S3 :Système cardan
Note Total Note Total Note Total
C1 :Rendement 3 3 9 3 9 3 9
C2 :Stabilité 3 2 6 2 6 3 9
C3 :Cout 2 2 4 2 4 1 2
C4 :Durée de vie 3 2 6 1 3 3 9
25 22 29

24. Analyse fonctionnelle interne
Critères K
Solution
S1 : Pistolet à compteur S2 : Manuel
Note Total Note Total
C1 : Précision 3 3 9 3 9
C2 :Cout 2 1 2 2 4
C3 : Encombrement 3 2 6 2 6
C4 :simplicité
d’utilisation
3 1 1 3 9
20 28

25. Remarque
Il est très important de remarquer après la réalisation du diagramme FAST, les
sous-systèmes de notre machine:
 Sous système d’entrainement du mouvement de
rotation
 Sous système d’alimentation du moteur par l’huile
 Sous système de fixation du moteur à tester
 Sous système de détection des défauts
Analyse fonctionnelle interne

26. Avec les sous-systèmes qu’on a trouvé, on trouve une structure compatible avec
notre diagramme FAST, cette dernière peut faciliter la phase de la recherche de tous
les concepts possibles de notre machine.
Nous s’intéressons seulement à la conception de deux sous systèmes
 Sous système de maintien du moteur
 Sous système de montage du moteur
Analyse fonctionnelle interne

27. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

28. Conception sous système de fixation
Niveau 1
Dimensionnement et conception

29. Après la conception de ces accroches, on a
fait une vérification sur les tubes cylindriques
avec une force maximale f= 750 N et nous
avons obtenus que si
* D> 14mm : les tubes résistent à l’effort de
flexion .
Accroche support
Dimensionnement et conception
Niveau 1 Conception sous système de fixation
Le matériaux utilisé: Acier 45 SCD 6

30. cale en L
Après la conception de la cale, on a vérifié sa
structure en deux position et on a obtenu comme
résultat du test RDM qu’elle résiste a un effort de
flexion et de traction N=1500 N
Matériau choisi: Fer
1
2
Dimensionnement et conception
Niveau 1 Conception sous système de fixation

31. Vérification de boulon
D (mm) L (mm) (mm) (mm) P (mm)
20 90 22.4 20 2.5
Matériau utilisé : Acier S235
Aprés la vérification de l’essai de
cisaillement appliqué sur le boulon
τ= 117.5 MPa
On distingue qu’il résiste si Dmin>5mm
Conception sous système de fixation
Dimensionnement et conception
Niveau 1

32. Conception de sous système de fixation
Niveau 2
Dimensionnement et conception

33. Conception de sous système de fixation
Vérification boulon
D (mm) L (mm) (mm) (mm) P (mm)
20 90 22.4 20 2.5
Matériau utilisé : Acier S235
Apres la vérification de teste de
cisaillement appliqué sur le boulon
τ= 117.5 MPa on distingue qu’il résiste si
Dmin>5mm
Niveau 2
Dimensionnement et conception

34. Etude statique du banc d’essai
Les efforts appliquées en trois points d’appui
Dimensionnement et conception
D’après la vérification par RDM6 , nous avons remarqué que notre lame résiste aux efforts exercés par la tôle.

35. Effort normal
Contrainte normale
D’après la vérification par RDM6 , nous
avons remarqué que notre structure
résiste aux efforts appliquées. Et la
condition de résistance
est vérifiée
Dimensionnement et conception
Conception de sous système de fixation
Etude statique du banc d’essai

36. Conception de sous système de fixation
Niveau 3
Dimensionnement et conception

37. Conception de sous système de fixation
Vérification du banc d’essai en trois point d’équilibre
A
C
B
Niveau 3
Dimensionnement et conception

38. Effort appliqué au point A
Contrainte normale
Contrainte deVon mises
σmax=0.102 MPa
σVM=0.934 Mpa
Condition de résistance vérifiée
A
Dimensionnement et conception
Conception de sous système de fixation
Niveau 3

39. Effort appliqué au point B
Contrainte normale
Contrainte deVon mises
σmax=14.46 MPa
σVM=17.05 Mpa
Condition de résistance vérifiée
B
Dimensionnement et conception
Conception de sous système de fixation
Niveau 3

40. Effort appliqué au point C
Contrainte normale
Contrainte deVon mises
σmax=17.48 MPa
σVM=17.48 Mpa
Condition de résistance vérifiée
Dimensionnement et conception
Conception de sous système de fixation
Niveau 3
C

41. Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Choix du motoréducteur
Calcul roulement
Calcul cardan
Calcul clavette
Dimensionnement et conception

42. Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Choix du motoréducteur
= 40.8N.m
Dimensionnement et conception
N=700 tr/min
Données produit
Couple de sortie (Nm) 62
Puissance moteur (KW) 3

43. Calcul roulement
A partir du tableau de choix de roulement, on a choisi le
roulement de diamètre intérieur d=20mm, de normalisation 25
BC...
Durée de vie normalisée du roulement:
L10 =114 h de fonctionnement
.Durée de vie corrigée du roulement:
LH =2711 h de fonctionnement
Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Dimensionnement et conception

44. Calcul cardan
couple à transmettre
On se basant sur le tableau ci-dessous, pour une vitesse V=750 tr/mn et un couple C=61 N.m,
on sélectionne le cardan 01.040 comme il a le couple le plus proche du notre.
Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Mt = 40.9 N.mm
Dimensionnement et conception

45. Calcul du coefficient de variation
L’angle de brisure b = 5° va conserver la vitesse
fournie sortie du moteur vers le système.
Calcul cardan Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Dimensionnement et conception

46. Calcul clavette
d =35 a =10mm b= 8mm P adm moyenne
=60MPa
Lcmin = 10mm
On a choisi une clavette de type B :
Lmin = Lcmin
Lmin = 10mm
Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Dimensionnement et conception

47. Les clavettes sont sollicitées en matage et cisaillement
Calcul clavette
Pression de matage
La condition est vérifiée
Contrainte de cisaillement
Conception de sous système d’entrainement de mouvement de rotation
Dimensionnement et conception

48. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

49. Conception Finale de la Machine

51. 1
2
3
4
5
Présentation deVEGE MOTOREN
Motivation et objectif
6
Analyse fonctionnelle
Dimensionnement et conception
Vue d’ensemble du projet
Conclusion
Plan de l’exposé

52. Conclusion
 Notre travail consiste à étudier et concevoir un banc d’essai moteur à
combustion interne à froid.
 Cette expérience nous a été très instructive et profitable sur plusieurs
plans.
 L’objectif principal est atteint malgré quelques difficultés rencontrées.

53. Merci pour votre attention
Vos questions sont les bienvenues…