Roulement

Des étudiants fabriquent un prototype d’une voiture innovante

By 24 décembre 2019 3 Comments

ntParce que vos histoires et projets nous intéressent. Nous partageons avec vous l’aboutissement des projets des clients 123Roulement.

Dans cet article découvrez le projet de Loïc et Anthony

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Présentation de l’Eco Motion Team

 

Avant de rentrer dans le vif du sujet, nous commencerons par présenter le projet de l’Eco Motion Team. Chaque année, une équipe d’étudiants-ingénieurs de l’école Polytech Nancy crée, développe, améliore un prototype dans le cadre de sa participation à une compétition : le Shell Eco Marathon. Cette compétition, inaugurée en 1939 aux Etats-Unis, a pour objectif de parcourir la plus grande distance possible avec une quantité de carburant donnée, équivalent énergétiquement à un libre de carburant. Aujourd’hui, le Shell Eco Marathon, c’est plus de 150 équipes et plus de 1500 étudiants venant de toute l’Europe pour s’affronter sur la piste. De plus, la compétition se divise en deux catégories. Il y a d’un côté les Prototypes, qui ont pour priorité l’efficacité énergétique, et de l’autre côté, les UrbanConcepts qui encouragent quant à eux la conception de modèles plus pratiques, citadins.

 

Organisation de l’équipe

 

La préparation du prototype est répartie entre les 4 pôles qui constituent l’ensemble de notre équipe et qui ont chacun leur propre domaine de travail :

  • Le pôle mécanique : pôle dont l’activité est de prendre en charge la conception, la simulation et la réalisation du châssis, de l’essieu, de la transmission, du freinage et de la
  • Le pôle essai et stratégie : ce pôle prépare le plan de course dans son ensemble et réalise également des tests dans le but de caractériser les performances de différents éléments.
  • Le pôle informatique et électronique : ce pôle se concentre de l’alimentation du moteur et de l’informatique embarqué tels que les capteurs et les microcontrôleurs.

Vir’volt est le prototype actuel utilisé par l’Eco Motion Team pour concourir au Shell Eco Marathon. Lors de l’édition de 2019 se déroulant à Londres, notre prototype a été classé 14ème sur 37 dans sa catégorie prototype à énergie électrique. Sa performance a été de 469,6 km/kWh.

 

Objectif du projet

 

Après ces présentations, il est temps de rentrer dans le vif du sujet. Notre mission en tant que membre de la partie mécanique est de créer un nouveau train roulant fiable et économique d’un  point de vue énergétique en diminuant les frottements et la masse de l’ensemble. Le train roulant situé à l’arrière du prototype, est la partie reliée au châssis par l’intermédiaire de l’essieu et qui regroupe les éléments roulants ainsi que le système de freinage. Sa fonction première est d’assurer la transmission de la puissance fournie par le moteur, par l’intermédiaire de la roue dentée, aux roues et la stabilité du véhicule. Ainsi, nous nous sommes concentrés sur les éléments constituant le train arrière du véhicule. Pour éviter les pertes de frottements liés aux roulements, nous sommes donc intervenus sur leur montage.

 

Présentation du précédent montage de roulements réalisé

 

À présent, nous allons donc nous intéresser au montage de roulement. Ce montage est identique que ce soit du côté roue motrice de la voiture ou que ce soit du côté roue folle (roue non motorisée).

 

Ci-dessus est représentée une vue en coupe légendée du précédent montage de roulement mis en œuvre.

 

 

 

Pour effectuer ce montage de roulements, celui de gauche possède quatre arrêts. Sa bague intérieure est bloquée via les entretoises jaune et orange. Sa bague extérieure est bloquée par l’utilisation du bouchon interne et de l’entretoise bleue. Le roulement de droite, lui n’a que deux arrêts qui vont seulement bloquer sa bague intérieure via l’entretoise orange et le bouchon externe. Pour  ce qui est des bouchons, ils sont filetés afin de les visser dans le moyeu.

 

 

Les roulements utilisés pour réaliser ce montage sont de référence 6900-2RS (10x22x6 mm) commandés chez 123 Roulement. Pour augmenter l’efficacité de notre montage, nous avons utilisé des roulements hybrides. Ils se différencient aux traditionnels par les billes les composants ; en effet, les roulements hybrides utilisent des billes en céramique contre des billes acier pour les traditionnels. L’utilisation de la technologie hybride permet de réduire drastiquement les frottements, par la perte de poids, d’inertie, de vibrations. Ainsi, on peut conclure que la puissance aux roues motrices augmente et que les pertes sur les autres éléments roulants diminuent.

 

Or, ce montage de roulements relève quelques problèmes qui seraient susceptibles d’affecter les performances du prototype. C’est à partir de ces observations que nous avons débuté afin de trouver des pistes d’amélioration. Le premier défaut est l’arrêt de la bague extérieure du roulement de gauche, celui-ci se fait par le biais de l’entretoise bleue, collée à l’intérieur du moyeu. Il est souhaitable de trouver une alternative à cette solution car on peut douter de la précision de sa mise en œuvre, or on veut éviter tout risque de rotulage car la bague risque d’être détériorée en étant laminée entre les éléments roulants ou le logement. On note un deuxième défaut qui peut s’avérer préoccupant, à savoir l’arrêt des bagues. En effet, le roulement de gauche est bloqué par 4 arrêts, cependant celui de droite est uniquement bloqué sur sa bague intérieure. Or, ce dernier est celui qui est soumis à la plus grande charge et à la plus grande déformation en raison de sa position. Ainsi, ce n’est pas la meilleure solution, en raison de la répartition des efforts. De plus, les choix d’arrêter uniquement les bagues intérieures du roulement de droite n’est pas le plus judicieux car il faut privilégier l’arrêt des bagues qui sont tournantes par rapport à la charge, or, dans notre cas ce sont les bagues extérieures.

 

Présentation du nouveau montage de roulements

 

 

Cette partie présente le nouveau montage de roulement en récapitulant les différentes solutions et modifications qui ont été mises en place afin d’améliorer les points soulevés dans la partie précédente.

 

Ci-dessus est représentée une vue en coupe légendée du nouveau montage de roulement mis en œuvre.

 

Pour ce nouveau montage, la principale contrainte que nous nous sommes imposés est de garder les dimensions externes des moyeux pour conserver l’utilisation des jantes que nous possédons et pour que l’emplacement du disque de frein reste identique pour éviter que ce dernier entre en contact avec l’étrier. Ensuite, en ce qui concerne le montage des roulements, les contraintes étaient moins importantes et plusieurs modifications ont été apportées. Un des premiers changements notables est l’utilisation d’une fusée au lieu d’un arbre. Ce choix tend à augmenter la rigidité de l’ensemble. Ce passage à l’utilisation d’une fusée d’un diamètre de 15mm (contre 10mm pour l’arbre précédent), nous oblige à élargir l’entrée du moyeu puis à la réduire pour passer à un diamètre plus petit. Cela se fait à l’aide de congés qui permettent de réduire le risque d’amorce de rupture en raison de la suppression d’arêtes vives. Après cette présentation de cette transition, il est temps d’évoquer les changements du montage. Le nombre d’arrêts des roulements a été changé, celui de gauche possède désormais deux arrêts au niveau des bagues extérieures et celui de droite a maintenant quatre arrêts. Ce choix a été fait en raison de la répartition des efforts, car il faut épauler en priorité le roulement le plus proche du point d’application de la charge axiale exercée sur l’arbre. Pour celui de gauche, nous avons conservé le capuchon vissé dans le moyeu pour réaliser le premier arrêt de la bague extérieure. Le deuxième arrêt est assuré par le moyeu à l’aide d’un épaulement directement usiné sur ce dernier. Pour ce qui est du roulement de droite, la solution du capuchon vissé dans la fusée afin d’arrêter un coté de la bague intérieure a été maintenue. Le deuxième arrêt de la bague est fait par un épaulement sur la fusée. Enfin pour ce qui est des bagues extérieures, qui n’étaient pas du tout arrêtées dans le cas du précédent montage, nous avons fait le choix là aussi d’utiliser un épaulement usiné dans le moyeu et d’un bouchon vissé à son extrémité.

 

Ci-dessus, est modélisé l’ensemble du train roulant que nous avons conçu par conception assistée par ordinateur. Le train roulant après sa réalisation sera joint au châssis par quatre vis et les fixations (ici, représentées en vert). Ensuite, le support moteur sera installé sur l’essieu pour mettre en place le système motorisé comprenant les engrenages, la roue libre, le motoréducteur…

 

Pour conclure sur ce projet, nous avons réussi à améliorer le train roulant via les différentes modifications apportées à l’ensemble mais surtout par rapport aux modifications du montage des roulements. Par la suite, la commande que nous avons passée chez 123 Roulement nous a permis l’utilisation de roulements à technologie hybride. Et ces derniers ont permis de renforcer le bilan énergétique de façon positive en diminuant les frottements.

 

 

Merci à Loïc AMICI et Anthony GAUTHIER cette histoire.

 

Les roulements utilisés pour ce prototype sont disponibles chez 123Roulement

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