UN SUJET DE CONSTRUCTION
EN
BTS
DES INDUSTRIES PAPETIERES
par
P.
RANCHOUP
Il existe, dans nos Lycées Techniques, des spécialités par branches professionnelles. La mé-connaissance de ces formations prive quelquefois nos élèves d'orientations possibles originales.
peterie, de bien connaître leur outil de produc-tion.
Le thème pédagogique proposé a été abordé avec mes élèves de première année de BTS. Cet appareil appartient à une unité de fabri-cation qui est analysée, simultanémént, par mes collègues enseignant la technologie de produc-tion papetière.
Le bulletin de l'APTEP peut contribuer à une informations réciproque. Ainsi je vous pro-pose un sujet de construction abordé avec des élèves préparant un Brevet de Technicien
Supé-rieur des Industries Papetières. Le caractère "classique" de ce système peut, bien entendu, vous permettre de le proposer
à d'autres sections. La connaisance des sciences et techniques
de l'ingénieur y occupe une place importante : il
est demandé, à ces futurs professionnels de la pa- P.R.
Les objectifs retenus par cette étude sont triples :
1 - A partir d'un dessin en perspective, il est
demandé d'analyser un système.
Compte-tenu du recrutement, certains élèves ne connaissent que de façon très précaire le dessin tech-nique; il est délicat d'aborder avec eux, trop rapide-ment, un plan d'ensemble (d'où l'utilisation de la pers-pective dont l'approche est plus conviviale).
- Compréhension du système
- Modélisation : Données, Hypothèses - Etude des liaisons
- Mise en évidence du caractère isostatique ou hy-perstatique du système
- Principe fondamental de la dynamique, approche traditionnelle
2 - Mise en œuvre d'un logiciel de calcul de
structure - Résistance des matériaux
Mise en œuvre du logiciel "RdM le Mans" : Etude du rotor
*
Saisie des données morphologiques de l'arbre (géométrie, matériau)*
Mise en placedes liaisons du solide avec le bâti
des actions extérieures appliquées au solide isolé
*
Interprétation des résultats obtenus à l'aide de l'outil informatiqueCommentaires, comparaison avec les valeurs ob-tenues précédemment
- actions de liaison
Contraintes, Déformations.
n
est souhaitable, pour atteindre cet objetif, de réaliser un véritable "1P Ordinateur", mais l'étude peut selimi-ter à l'interprétation des fichiers obtenus à l'aide du logiciel.
3- Définition graphique de différentes pièces
Dessin technique nonnalisé, certaines fonnes pouvant être laissées à l'initiative des élèves.
Approche traditionnelle ou utilisation d'un logiciel, les caractéristiques géométriques générales étant définies préalablement.
Pour information :
n
existe en France trois lycées techniques ayant une spécialité "Industries Papetières"Lycée Gaston Crampe: Aire sur Adour (43) Lycée Raoul Dautry : Limoges (87)
Lycée Vaucanson: Grenoble (38)
Je suis à votre disposition pour vous donner de plus amples informations sur cette spécialité :
Philippe RANCHOUP, Lycée Vaucanson, 27, rue Anatole France, 38030 GRENOBLE Cédex
Le logiciel RdM Le Mans, dont les qualités pédago-giques et industrielles ne sont plus à démontrer, a été conçu sous la responsabilité de notre collègue : Y. DEBARD, Institut Universitaire de Technologie,
Département Génie Mécanique et Productique, Avenue Messiaen, BP 535, 72017 Le Mans Cédex
z
1
Puissance motrice 90 kW Frequence de rotation N = 600 tr/mn Resultante Action de la poulie sur l'arbreË
=
900 doNz
aptep-info N°6l -septembre 1994 13•
8
10
12
1314
Beloit Jones "Integral" Agitators
Cet appareil, utilisé dans l'industrie papetière pour le traitement de la pâte, est installé au fond d'un cuvier.
Afin d'analyser les caractéristiques mécaniques,
il vous est proposé d'en étudier différents aspects.
Etude technologique
1- Description de différentes liaisons. Définition, So-lution technologique
Liaison Poulie/ Arbre récepteur
=
Encastrement Liaison Hélice/ Arbre récepteur=
Liaison Arbre/Bâti
=
Réalisation : au point A aupointB Liaison Carter avant/Carter arrière
=
2- Descrition du système d'étanchéité (Zone T) Rôle, Solution proposée, Entretien.
3- Etude de la transmission : Poulies, Courroies Rappel : Couple Transmis :
C = (T -t ) e exposant (fa)
T : Effort sur les brins tendus t : Effort sur les brins mous f : Coefficient d'adhérence
a :Angle d'enroulement (en radians)
Etude des actions
deliaison
Identifier les composantes des torseurs en A et B : Ré-sultante, Moment
Considérer le système en rotation à ,vitesse constante : Ecrire le principe fondamental de la dynamique
(Cas particulier)
Etude de Résistance des Matériaux
1- Dessiner l'arbre seulReprésenter les diagrammes des efforts normaux du moment de torsion du moment de flexion
Les diagrammes peuvent être tracés à partir des résul-tats de l'étude "Calcul de structure" (page 3, 6 et 7 docu-ments réponse)
2- Calculer les contraintes (Normales, Tangentielles) dans les sections les plus sollicitées
3- Déterminer la durée de vie de chaque roulement Proposer les hypothèses
Calculer à l'aide de l'outil informatique
4- Calcul de structure
A l'aide d'un logiciel de calcul (Exemple RdM Le Mans, Module Ossature 3D)
Définir:
*le solide (Arbre) compte tenu de toutes les données (Différentes sections et longueurs de l'arbre, Ma-tériau)
* les actions extérieures connues * les liaisons avec le carter en A et B
Lancer le calcul - Analyser les résultats - Commen-taires
Analyser les résultats Question 1 et 2
-Localiser les déformations de flexion et de torsion Relever les maxima
Page3,6,7
Dessin technique
Définir complètement le système d'étanchéité (Zone
T)
Proposer une solution pour réaliser la liaison entre l'hélice et l'arbre
Représenter
le presse-étoupe 46
la lanterne 47 (Pièce de forme annulaire permettant la circulation du fluide de refroidissement), soit de l'eau dans ce cas
Données Générales
Puissance du moteur P
=
90 kW Fréquence de rotation 1800 tr/mn Poulie motrice: Diamètre 210 mmPoulie réceptrice : Diamètre 630 mm, Poids 200 daN
Entraxe 900 mm
Hypothèses
Action de la poulie sur l'arbreRésultante : Ez
=
900 daN (Composante sur l'axe z);E=Ev=O
C~tte
hypothèse sera vérifiée par la question 3 (Etudetechnologique)
Action de l'hélice sur l'arbre
Résultante : Ox = - 150 daN ; Oy =
o ;
Oz= -
90 daNMoment : Lq différente de zéro (Composante sur x) ;
M =N =0
Act?on
d~
système d'étanchéité sur l'arbre Résultante nulleMoment
Lt =
15 m.N (Composante sur x); ~=I't=ONota: Cette page, la page précédente, et les 5 pages suivantes reproduisent, au format près (un peu réduit) et pour
!1
Données
Il
**********************************
*
Beloit Jones Intégral Agitator
*
**********************************
Un noeud défini :
Noeuds
10
Elément(s) : 9
**
Un changement de section
**
Une charge appliquée
Poids de l'arbre 60 daN
Section(s) droite(s) : 4
Liaison(s) Extérieure(s) : 4
**
Une liaison extérieure
) Coordonnées Nodales - Unité
m
Noeud
x
y
z
Noeud
1
0.000
0.00
0.00
2
3
0.074
0.00
o.oo
4
5
0.426
0.00
0.00
Pt A
6
7
1.067
0.00
o.oo
Pt B
8
9
1.297
0.00
0.00
10
Sur l'axe x
Matériau(x)
Acier Inox
Module de Young
=
203000 N/mm2
Coefficient de Poisson
=
0.29
Module de cisaillement
=
78682 N/mm2
Masse volumique
=
7850 kgjm3
x
0.037
0.374
0.669
1.117
1.342
TA
BE
AB
Coefficient de dilatation
=1.50E-05 degré-1
section(s) droite(s)
1y
0.00
0.00
0.00
o.oo
0.00
=
295 mm
=
180 mm
=
448 mm
z
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Section 1 : Diamètre 70 mm
*
Liaison avec l'hélice
*
Moments quadratiques : Iyy
=117.86 cm4
*
Izz
=
117.86 cm4
Section
2
Diamètre 80 mm
Section 3 : Diametre 110 mm
*
Liaison de centre A
*
Section 4 : Diamètre 90 mm
*
Liaison de centre B
*
1
Liaison(s) Extérieure(s)
1Noeud 2
rotx
=
0
Point
Q : Immobilisé en rotation
Noeud 6
dy
=o
Liaison Linéaire Annulaire de dirèction x
Noeud 6
dz
=
0
Centre de liaison point A
Noeud 8
dx
=
dy
=
dz
=
o
Liaison Sphérique Point B
aptep-info N°6l -septembre 1994
6
.g
.§
45 1-·
~
z
0 0'1...
-0> 1 (Il.g
...
(!)g_
-~---fj_
____
_j __
j_~
...,
(!)-
\0 \0 ..j:::..Belolt Jones
" 1
n teg rai ,.
Ag itators
30 Pulssonce motrloe 90 I<W Frequence de rotation N "' 60() ir /mn Resultllnte 1 Action de la poutre :sur l'arbre Ë = 900 doN
z
E
3
BE
=
180
mm x
AB=
448
mm x
_,..QT = 300
mm x
) (Il
.§ ~
.g
1-·
g,
z
0 0\ ... -... 1 Ill.g
~ 0g_
...., 0 -\0 \0 ~Beloit Jones
" Integral " Agitators
Action de la pate sur l'arbre Resultante :-
Q = - 150 daNx
MomentKi
1Md=
Ldx 2 1 1A
~!3~-~ ~!---
~l---2--l---1---+---76
+ + 0,5 0,1 300.000 --1-1---1----++--~
Il
Il
Résultats Cas 2Il
Il
Déplacements nodaux - Unités m
'
degréNoeud dx dy dz rot x roty rotz 1 -0.00000 0.00000 -0.00017 0.000 -0.027 0.000 2 -0.00000 0.00000 -0.00004 0.133 -0.017 0.000 3 -0.00000 0.00000 0.00000 0.209 0.001 0.000 4 0.00000 0.00000 . 0.00000 0.241 -0.008 0.000 5 0.00000 0.00000 0.00010 0.321 -0.043 0.000
Efforts aux extrémités des barres - Unités daN daN.m
FX = Effort normal ( FY
'
FZ ) = Effort tranchantMX = Moment de torsion ( MY
'
MZ ) = Moment de flexionELE ori FXo FZo FYo MXo MZo MYo ext FXe FZe FYe MXe MZe MYe
MZmax MY max 1 1 -150.0 -90.0 0.0 -143.0 0.0 0.0 2 150.0 99.1 0.0 143.0 0.0 -28.4 0.0 28.4 2 2 -150.0 -99.1 0.0 -143.0 0.0 28.4 3 150.0 110.7 0.0 143.0
o.o
-59.3 0.0 59.3 3 3 -150.0 509.6 0.0 -143.0 0.0 59.3 4 150.0 -476.2 0.0 143.0 0.0 161.5 0.0 161.5 4 4 0.0 -894.6 0.0 -143.0 0.0 -161.5 5 0.0 900.0 0.0 143.0o.o
-0.0 0.0 161.5Actions
-
Unités daN daN.mNoeud 1 Rx = -150.0 Ry = 0.0 Rz
=
-90.0 Point Q Mx = -143.0 My =o.o
Mz = 0.0 Noeud 3 Rx = 0.0 Ry=
0.0 Rz=
620.3 Point A Mx = 0.0 My = 0.0 Mz = 0.0 Noeud 4 Rx = 150.0 Ry=
0.0 Rz=
-1370.7 Point B Mx = 0.0 My = 0.0 Mz=
0.0 Remarques L'action du systeme d'étanchéité est négligéeLe poids propre de l'arbre 60 daN est pris en compte
1 Beloit Jones " Integra " Agitators
1
T, [
0>< = - 150 lq =]
T.
[Ex=O
Le =l
1/l Qy=
0 Mq=
0 5/3 Ey = 0 Me= Q Qz = - 90 Nq = 0E
Ez = Ne=Liaison Lineaire Annulaire Liaison Spherique
..§
...
T.
[Tx=O
LI = 15 noNl
T.
[Ax-
La=
l
lnld/'[ :;:
lb=
l
4/3 Ty=
0 Ml= 0 R13gf.1 fl.y = Ma= Mb = T Tz = 0 Nt= 0 A Az = Na = 8 Bz = Nb=.g
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Diagramme des Efforts Normaux
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Diagramme
des Moments de Torsion
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