Marteau perforateur AEG PH 350

L.P.T.I. Saint Joseph La Joliverie
Marteau perforateur AEG PH 350
Description du mécanisme de marteau perforateur
Mise en situation
Le mécanisme étudié est un marteau perforateur
utilisé pour des travaux de chantiers de génie civil. Ce
marteau perforateur permet suivant le type d’outil
utilisé d’effectuer les trois opérations suivantes :
- Percussion : Réalisation de saignées et de petits
travaux de démolition
- Forage : Réalisation de trous dans les bois et
métaux.
- Percussion + Forage : Réalisation de trous dans les
maçonneries et bétons.
L’efficacité de ce marteau perforateur dans la réalisation de trous dans les matériaux durs comme le
béton vient de la combinaison de deux mouvements simultanés : Un mouvement continu de rotation de
l’outil et un mouvement répétitif de percussion.
Pour la réalisation de trous dans les bois et métaux on n’a que le mouvement de rotation continu de
l’outil. Et pour la réalisation de saignées on n’a que le mouvement répétitif de percussion.
Fonctionnement
Ce marteau perforateur est défini par son dessin d’ensemble sur le document DT1 au format A3 et
sa nomenclature sur le document DT2 au format A4. Ces documents représentent le marteau perforateur
sans son moteur électrique.
Les deux fonctions du mécanisme étudié sont :
- Transmettre le mouvement de rotation de l’arbre moteur à l’outillage
- Transformer le mouvement de rotation de l’arbre moteur en un mouvement de percussion.
La première fonction est remplie par un train d’engrenage en série.
La deuxième fonction par un engrenage et un embiellage qui permet la compression d’un coussin
d’air entre le piston compresseur et le piston bélier. La percussion du piston bélier se répercute sur l’outil
de percussion par l’intermédiaire d’une enclume. Ce principe de percussion dit « Electro-pneumatique »
permet un travail pratiquement sans à-coups et réduit considérablement la force que doit développer
l’opérateur ainsi que les vibrations qu’il doit subir.
D’autre part lors de la réalisation de forage avec percussion dans du béton, il arrive que le couple
résistant devienne très important. Aussi, afin de ne pas endommager l’outil et de ne pas blesser
l’utilisateur, le marteau perforateur est doté d’un mécanisme de limitation du couple qui permet
d’interrompre le mouvement de rotation de l’outil mais pas celui de percussion. La percussion va ainsi
permettre le déblocage de l’outil dans le béton.
Caractéristiques du moteur électrique :
- Vitesse de rotation maximale à vide : Nm = 8 000 tr/min
- Puissance nominale du moteur électrique : P = 750 W
Perforateur.doc
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Travail demandé
1- analyse du fonctionnement
1.1- le document réponse DR1 donne les 10 classes d’équivalence du mécanisme dont certaines sont
incomplète (Celles dont les accolades ne sont pas fermées), ainsi que son schéma cinématique représenté
suivant la coupe A-A du dessin d’ensemble au format A3.
Compléter la composition des classes d’équivalence incomplètes. Puis repasser les traits du schéma
cinématique avec la couleur indiquée en face chacune des neuf dernières classes d’équivalence.
Cas 1
1.2- Les trois dessins ci-contre représentent un
outil mis dans l’entraîneur du marteau perforateur.
Chaque outil correspond à une opération
particulière (Percussion, Forage ou Percussion +
forage)
Pour chacun de ces trois cas préciser en
justifiant votre réponse à quel type de travaux il
correspond (Percussion, Forage ou Percussion +
forage) .
Cas 2
Cas 3
1.3- Quelle est la fonction du perçage a (voir coupe A-A du dessin d’ensemble) ? Dans quel cas cidessus est-il utile ? ( Percussion, Forage ou Percussion + forage ? )
1.4- Réaliser un synoptique de transmission de la puissance de l’arbre moteur à l’outil de forage. Ce
synoptique étant ébauché ci-dessous (On fera une case par classe d’équivalence).
Arbre moteur
engrenage
Canelures
Outil
1.5- Quelle est la fonction des rondelles 32 et 22 ?
2- Etude cinématique
2.1- Déterminer le rapport de transmission ( du mouvement de rotation) entre le moteur et l’outil de
N
forage : r1 = outil .
Nmoteur
2.2- En déduire la vitesse de rotation maximale à vide de l’outil de forage.
2.3- Déterminer le rapport de transmission entre le moteur et le vilebrequin : r2 =
Nvilebrequin
.
Nmoteur
2.4- En déduire la cadence de percussion maximale en coups par minutes (cps/min).
2.5- Déterminer le nombre de percussions par tour de l’outil de forage.
Perforateur.doc
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3- Dimensionnement du couvercle 42
Dans cette partie on souhaite
dimensionner le couvercle 42. Il s’agit
plus particulièrement de positionner le
trou recevant l’axe 27 de la roue
R
intermédiaire 24 par rapport à la surface
centrant le couvercle 42 dans le boîtier
48. ( Voir les schémas ci-contre)
Il s’agit en fait de déterminer les
deux cotes ci-contre : Le rayon R et
l’angle α .
α
Centrage du
couvercle 42
Trou de
l'axe 27
Dans cette partie toutes les réponses seront portées sur le document réponse DR2.
Version existante
Pour les trois premières questions on s’intéresse au dimensionnement de la version existante
présentée par les documents techniques DT1 et DT2. Pour cette version tous les engrenages cylindriques
(roues A, B, E, F et G) ont des dentures droites.
3.1- Donner les relations permettant de calculer les diamètres primitifs, de tête et de pied d’une roue
d’engrenage cylindrique à denture droite. Donner également une relation permettant le calcul de l’entraxe
d’un engrenage cylindrique à denture droite.
3.2- Faire les applications numériques pour les différents engrenages cylindriques à denture droite.
3.3- Calculer et indiquer la valeur nominale des deux cotes du couvercle : R
et α. (On expliquera brièvement le calcul de l’angle α)
On précise que l’entraxe entre les roues E et G est de 40,5 mm, et on donne
la relation mathématique existante dans un triangle quelconque entre les trois
dimensions des cotés du triangle et un angle de ce triangle :
a22 = a12 + a32 – 2.a1.a3.cos α
G
a2
F
a3
α
a1
E
Nouvelle version
Le constructeur souhaite faire une nouvelle version pour laquelle la fréquence de frappe est de
quatre percussions par tour de l’outil de forage. Pour cela on souhaite uniquement changer les engrenages
E-F et F-G. Dans cette version les engrenages sont des engrenages cylindriques à denture hélicoïdale pour
lesquels les nombres de dents sont ZE = 11 dents, ZF = 16 dents et ZG = 44 dents.
Cette nouvelle version implique, en plus du changement des roues d’engrenage, le changement de
certaines pièces entrant dans le guidage en rotation de la roue intermédiaire 24. Le couvercle 42 doit donc
être redimensionné. Cependant, afin de limiter les changements, on choisit de ne pas changer la valeur du
rayon R qui reste de 14,5 mm, ainsi que l’entraxe entre les roues E et G qui reste de 40,5 mm. Le but des
quatre questions ci-dessous est donc de déterminer la nouvelle valeur nominale de l’angle α.
3.4- Calculer l’angle d’hélice β de l’engrenage E-F. (On expliquera brièvement ce calcul)
3.5- Donner les relations permettant de calculer les diamètres primitifs, de tête et de pied d’une roue
d’engrenage cylindrique à denture hélicoïdale.
3.6- Faire les applications numériques pour les différents engrenages E-F et F-G.
3.7- Calculer et indiquer la valeur nominale de la cote d’angle du couvercle : α. (On expliquera
brièvement le calcul)
Perforateur.doc
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4- Etude du limiteur de couple
Etude de la version existante
4.1- Le limiteur de couple, intégré à l’arbre de renvoie, est constitué des pièces 32, 34, 36, 37, 38 et
44. En fait cet arbre de renvoie comprend trois classes d’équivalence. Donner la composition de ces trois
classes d'équivalence du limiteur.
4.2- Expliquer brièvement le fonctionnement de ce limiteur de couple dit à « Tenons à flancs
inclinés ».
4.3- Quels sont les paramètres des différentes pièces qui constituent ce limiteur qui influent sur la
valeur du couple limite de ce limiteur de couple ?
Etude d’une nouvelle version
Le constructeur souhaite faire une nouvelle version de ce limiteur de couple non plus avec des
tenons à flanc inclinés mais avec un embrayage conique. Le but des quatre questions suivantes est de
concevoir ce limiteur de couple.
4.4- Faire un schéma cinématique de cette nouvelle version de limiteur de couple.
4.5- On souhaite faire un embrayage conique pour lequel la surface conique frottante à un rayon
moyen Rmoy = 13,5 mm et un demi angle au sommet α = 15°. Calculer l’effort axial F du ressort
permettant d’avoir un couple limite transmissible de Cf = 3,8 N.m si le coefficient de frottement entre les
surfaces frottantes est de f = 0,15.
5.6- Dessiner sur le document DR3 une solution technologique de ce limiteur de couple pour lequel
on prendra une surface conique frottante avec un rayon moyen Rmoy = 13,5 mm et un demi angle au
sommet α = 15°. Le dessin de cette solution technologique est à l’échelle 2:1.
Perforateur.doc
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13
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11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Rep.
4
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
6
1
1
4
2
1
1
Nbr.
Vis CHC M4-10
Boîtier
Enclume
Joint torique 4x14
Entraîneur d’outil
Sortie limiteur de couple
Roulement à billes 6201
Couvercle
Joint plat de capot
Piston bélier
Joint quatre lobes
Entrée de limiteur de couple
Crabot
Ressort
Bague de blocage du roulement
Rondelle d’appui du ressort
Roulement à billes 6003
Rondelle de réglage du limiteur
Pignon moteur
Roulement à billes 6001
Bague de moteur
Arbre de vilebrequin
Axe de roue intermédiaire
Douille à aiguilles HK 0808
Douille à aiguilles HK 1010
Roue intermédiaire
Anneau élastique pour alésage 32x1,2
Rondelle de réglage vilebrequin
Palier
Roulement à billes 6002
Vilebrequin
Douille à aiguilles HK 0810
Bielle
Coussinet 8-12x10
Axe de piston
Piston compresseur
Anneau élastique pour alésage 8x0,8
Cylindre
Anneau d’usure
Joint torique 5,31,75
Douille
Bague d’appui
Rondelle Belleville
Capot
Joint Plat de nez
Vis CHC M5-50
Douille à aiguilles HK 3020
Verrou
Nez
Désignation
m = 1 et ZG = 45
m = 1 et ZE = 9
ZD = 28
m = 1 et ZA = 8
m = 1 et ZB = 36 et ZC = 28
m = 1 et ZF = 20
Format : A 4
Nomenclature du marteau perforateur
DT2
L.P.T.I. Saint Joseph La joliverie
Observation
Dessiné par :
CHAUVET F.
Le : 08-01-2004
D o c u m e n t ré p o n se D R 1
C la s s e s d 'é q u iv a le n c e d u m a r te a u p e r fo r a te u r
B â ti
{ 1 } = { 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 ,1 0 ,1 1 ,1 2 ,2 1 ,2 3 ,2 7 ,2 9 ,3 5 ,4 1 ,4 2 ,4 8 ,4 9 }
P is to n c o m p r e s s e u r
{ 1 3 } = { 1 3
(B le u )
B ie lle
{ 1 6 } = { 1 6
(V e r t)
V ile b r e q u in
{ 1 9 } = { 1 9
(R o u g e )
P ig n o n in te r m é d ia ir e
{ 2 4 } = { 2 4
(V e r t)
P ig n o n m o te u r
{ 3 1 } = { 3 1
(V e r t)
{ 3 2 } = { 3 2 ,3 4 ,3 6 ,3 7 ,3 8 ,4 4 }
(B le u )
A r b r e d e r e n v o ie
P is to n b é lie r
{ 3 9 } = { 3 9
(R o u g e )
E n tr a în e u r d 'o u til
{ 4 5 } = { 4 5
(R o u g e )
E n c lu m e
{ 4 6 } = { 4 6
(B le u )
S c h é m a c in é m a tiq u e d u m a r te a u p e r fo r a te u r
C o u s s i n d 'a i r
G
F
C
E
A
D
B
D o c u m e n t ré p o n se D R 2
D im e n s io n s d e la v e r s io n e x is ta n te
D ia m è tre p rim itif : D =
=
D ia m è tre d e tê te : D
a
D ia m è tre d e p ie d : D
=
f
E n tra x e : a =
R o u e s
D ia m è tre s ( e n m m )
p rim itif
d e tê te
d e p ie d
A
E n g re n a g e s
E n tra x e
(e n m m )
A -B
B
E
E -F
F
G -F
G
D im e n s io n s d e la n o u v e lle v e r s io n
A n g l e d 'h é l i c e
D ia m è tre p rim itif : D =
D ia m è tre d e tê te : D
D ia m è tre d e p ie d : D
R o u e s
E
G
F
=
a
f
=
D ia m è tre s ( e n m m )
p rim itif d e tê te
d e p ie d
E n g re n a g e s
E n tra x e
(e n m m )
E -F
1 4 ,5
G -F
R = 1 4 ,5