Fruchet Amaury
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Projets
Mes projets
Mes projets
Projet 1: Renvoi d'angle modulaire
Projet 2: Reconception d'une pompe Hydraulique
Projet 3: Banc de test pour Avionique
1-Renvoi d'angle Modulaire (catia v5)
1-Renvoi d'angle Modulaire (catia v5)
Conception mécanique, cotation fonctionnelle, mise en plan
Contexte et objectif
Contexte et objectif
Ce projet a été réalisé dans le cadre d’un TP d’ingénierie de conception mécanique (ICM), en travail individuel. L’objectif était de concevoir un renvoi d’angle prêt a produire, intégrant dès la conception les contraintes de fabrication, de montage et de maintenance.
Le cahier des charges imposait notamment :
un carter cubique permettant une forte modularité,
la possibilité de monter les arbres d’entrée et de sortie sur plusieurs faces,
une conception compatible avec un moulage en alliage d’aluminium (épaisseur moyenne de 8 mm),
l’intégration complète du montage de roulements, de la lubrification et de l’étanchéité.
Carter du renvoi d'angle
Problématique de conception
Problématique de conception
La fonction principale du système était la transmission du couple maximal imposé (25 000 N·m en sortie), fonction déjà assurée par les propriétés et dimensions des composants utilisés. Le véritable enjeu du projet résidait dans les fonctions secondaires, nettement plus contraignantes :
assurer une modularité complète du montage,
permettre le montage des deux pignons en chape, contrairement aux architectures classiques,
garantir un guidage et un maintien en position identiques quelle que soit la face du carter utilisée,
conserver une architecture simple, robuste et industrialisable.
Cloche montée
Choix d’architecture et raisonnement
Choix d’architecture et raisonnement
Afin de répondre à l’exigence de double montage en chape, j’ai conçu un système de cloche de maintien, permettant de saisir le roulement extérieur tout en conservant une ouverture suffisante pour l’engrènement des pignons coniques. Cette solution permettait de conserver une architecture symétrique et cohérente avec la modularité imposée.
L’ensemble des bouchons, chapeaux et interfaces avec le carter est fixé à l’aide de 8 vis réparties sur un diamètre de 169 mm, choix inspiré de solutions industrielles existantes présentant une architecture similaire. Cette répartition assure :
une symétrie favorable à la modularité,
la possibilité de fixer indifféremment chaque sous-ensemble sur toutes les faces du carter.
Cotation fonctionnelle et mise en plan
Cotation fonctionnelle et mise en plan
La cotation fonctionnelle a été réalisée en se concentrant sur l’arbre le plus critique du système, à savoir l’arbre monté dans la cloche de maintien. Ce choix permettait de cibler l’élément pour lequel les exigences de positionnement, de coaxialité et de répétabilité étaient les plus contraignantes.
La méthode CLIC (Cotation en Localisation avec Influence des Contacts) a été appliquée afin d’identifier précisément les surfaces fonctionnelles impliquées dans :
le guidage radial par les roulements,
le maintien en position axiale,
la transmission correcte des efforts vers le carter.
Cotation Fonctionnelle d'un des arbres
Les contacts critiques ont ainsi été hiérarchisés (cylindre-cylindre pour le guidage, plans d’appui pour la position axiale), permettant de définir des tolérances cohérentes avec les exigences fonctionnelles, tout en restant compatibles avec les procédés de fabrication envisagés.
Les autres sous-ensembles du système n’ont pas fait l’objet d’une cotation fonctionnelle détaillée dans le cadre du projet, l’objectif pédagogique étant de démontrer la maîtrise de la méthodologie sur un cas représentatif plutôt que de coter l’ensemble du mécanisme.
Mise en Plan et nomenclature du système entier
2-pOMPE hydraulique à 5 pistons
2-pOMPE hydraulique à 5 pistons
Conception, simulation dynamique, éléments finis, FAO et usinage CNC
Contexte et objectif
Contexte et objectif
Ce projet a été mené en groupe dans le cadre d’un travail de conception avancée en mécanique. L’objectif était de reconcevoir une pompe hydraulique à pistons axiaux, en améliorant ses performances hydrauliques tout en assurant sa faisabilité industrielle.
Le cahier des charges imposait notamment :
un débit moyen cible de l’ordre de 16 L/min,
une réduction significative de l’irrégularité de débit
une architecture compatible avec une fabrication sur machines CNC,
une validation numérique des choix de conception.
Plan de la pompe à reconcevoir
Problématique et démarche
Problématique et démarche
Le problème principal était que le débit n’est pas régulier, ce qui est normal pour les pompes alternatives. Le projet consistait à rendre ce débit plus régulier en modifiant le mécanisme, tout en gardant un système pas trop encombrant ni trop compliqué à fabriquer.
La démarche suivie a été la suivante :
modélisation complète du mécanisme existant,
simulation dynamique afin de caractériser le débit instantané,
reconception du système autour d’une architecture à 5 pistons,
validation des gains par simulation,
fabrication réelle du corps arrière
Simulation dynamique
Simulation dynamique
La simulation dynamique a été réalisée directement grâce à Autodesk Inventor, à l’aide des outils intégrés au logiciel. Elle a permis d’obtenir les courbes de débit instantané en fonction du temps, et ainsi de quantifier précisément l’irrégularité du débit.
Les résultats ont montré :
une réduction de l’irrégularité de 2,3 L/min à 0,5 L/min, soit 78% d'amélioration,
pour un débit moyen de 16,1 L/min.
Cette phase de simulation a été déterminante pour valider la pertinence de la reconception avant fabrication, et a constitué un levier majeur de décision tout au long du projet.
Débit Instantané uniquement positif des 5 pistons
Ancien débit (rose) comparé au nouveau débit (bleu) en L/min
Validation par éléments finis
Validation par éléments finis
Un calcul par éléments finis a été mené sur les composants mécaniquement les plus sollicités, notamment l’arbre principal.
Le matériau retenu était un acier, et l’analyse s’est concentrée sur les contraintes équivalentes de Von Mises, afin de vérifier l’absence de dépassement des limites admissibles.
Cette étape était nécessaire pour valider la reconception et garantir que les gains hydrauliques ne se faisaient pas au détriment de la tenue mécanique.
FAO et fabrication
FAO du corps arrière sur Catia
I
Corps arrière fini
La partie usinage du projet, aura uniquement porté sur le corps arrière, qui a fait l’objet d’une programmation FAO complète ainsi que d’un usinage CNC, réalisés dans le cadre du projet.
Une attention particulière a été portée à cette pièce, dont la conception a dû être adaptée afin de garantir que l’ensemble du corps arrière soit usinable avec des mors classiques, sans montage spécifique.
Cette phase a permis de confronter la conception numérique aux contraintes réelles de fabrication : choix du brut, stratégies d’usinage, accessibilité des outils, conditions de prise de pièce. Elle a également renforcé la cohérence globale entre conception et production.
Résultats et retour d’expérience
Résultats et retour d’expérience
La reconception a permis d’atteindre les objectifs fixés en termes de performance hydraulique, tout en conservant une architecture mécaniquement simple et usinable.
Ce projet m’a particulièrement marqué par la versatilité de la simulation dynamique. Il m’a permis de mesurer l’étendue de ses capacités, et a fortement nourri mon intérêt pour les approches de conception guidées par la simulation et l’optimisation.
3-Banc de test avionique POUR Hélicoptères
3-Banc de test avionique POUR Hélicoptères
Conception, RDM, Choix d'éléments standards, Mise en plan
Contexte et objectif
Contexte et objectif
Ce projet de conception mécanique avait pour objectif de développer un banc de test destiné à simuler le roulis et le tangage appliqués à une partie de l’avionique d’un hélicoptère.
Le système devait :
reproduire fidèlement deux degrés de liberté indépendants (roulis et tangage),
s’insérer dans un volume maximal de 500 × 500 × 500 mm,
rester mécaniquement réaliste et industrialisable,
garantir une rigidité suffisante face aux efforts imposés par les vérins.
Avionique d'un hélicoptère Airbus H135
Problématique mécanique
Problématique mécanique
Les enjeux principaux du projet étaient :
la tenue mécanique face aux efforts générés par les vérins hydrauliques,
la rigidité globale du système afin de limiter les déformations,
l’intégration de deux mouvements indépendants dans un encombrement contraint.
Aucune contrainte aérodynamique ou cinétique n’étaient à prendre en compte ; la difficulté résidait exclusivement dans la conception mécanique et l’intégration.
Banc de test à double plateau (roulis et tangage)
Architecture retenue
Architecture retenue
Après étude de plusieurs architectures possibles, la solution retenue a été une architecture à deux plateaux superposés, orientés à 90° l’un par rapport à l’autre.
Cette architecture présente plusieurs avantages :
une séparation claire des deux degrés de liberté,
une conception modulaire et lisible
une simplicité de calcul, de fabrication et d’assemblage
Cette solution est par ailleurs largement utilisée dans l’industrie pour des applications similaires, ce qui a renforcé sa pertinence
Actionnement et liaisons
Actionnement et liaisons
Le mouvement est assuré par deux vérins hydrauliques, choisis pour leur standardisation, leur robustesse et leur large disponibilité sur le marché.
Les liaisons mécaniques critiques (pivots et rotules) ont été :
identifiées comme éléments dimensionnants,
dimensionnées en flexion, avec une marge de sécurité de 2,
volontairement surdimensionnées afin de garantir une rigidité suffisante, y compris en cas d’imprévus.
Les portées de vérins ont été placées en porte-à-faux, à l’aide d’entretoises, afin d’éviter toute interférence avec le mât central.
Liaison Vérin-Bâti
Liaison Vérin-Plateau
Liaison Bâti-Plateau
Guidage et structure
Guidage et structure
Le guidage en rotation entre le mât et le plateau supérieur a été réalisé à l’aide :
de coussinets en bronze,
d’une liaison pivot en chape.
Ces choix ont été motivés par leur simplicité, leur fiabilité ainsi leur facilité de fabrication et d’approvisionnement.
Démarche de conception
Démarche de conception
L’un des axes forts de ce projet a été la recherche permanente de solutions réalistes et industrialisables, en privilégiant :
l’utilisation d’éléments normalisés et achetables,
la limitation de l’usinage complexe,
des solutions de type mécano-soudé plutôt que l’usinage massif.
Cette approche visait à se rapprocher autant que possible des pratiques réelles d’un bureau d’études industriel.
Retour personnel
Retour personnel
Ce projet m’a particulièrement intéressé car il m’a permis de me rapprocher d’une conception mécanique réaliste, intégrant dès l’amont les contraintes de fabrication, d’assemblage et de disponibilité des composants.
Il a renforcé mon intérêt pour l’optimisation globale des systèmes : optimisation du poids, des procédés de fabrication et des choix technologiques, au-delà de la simple conception géométrique.
Mise en Plan et nomenclature du système final
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