POMPE HYDRAULIQUE MANUELLE

Présentation

Le dessin d'ensemble représente le prototype d'une pompe hydraulique manuelle. Elle a pour fonction globale de déplacer et mettre de l'huile sous pression. L'huile est aspirée d'un réservoir pour être refoulée, par exemple, dans un vérin. Deux clapets anti-retour obligent l'huile à circuler dans un seul sens. Le corps et le levier sont actuellement réalisés en mécano-soudage. On souhaite :

• Déterminer les caractéristiques principales de cette pompe.
• Etudier une solution pour la produire en petite série.

Activités

Etude technologique

1. Quelle différence existe-t-il entre une pompe et un compresseur?
2. Indiquer sur le dessin d'ensemble par deux flèches les orifices d'aspiration et de refoulement du fluide.
3. Les deux filetages sur les raccords 7 ont pour désignation G 1/4 A. Que signifie cette désignation?
4. Compléter avec des croix ce tableau relatif aux différents types d'étanchéité :

   Entre les pièces	Etanchéité directe	Etanchéité indirecte
   5 et 7
   5 et 10
   7 et 10
   10 et 11

5. Expliquer les désignations :
   • Cu Sn 8 Pb P
   • S 235
   • Cu Zn 39 Pb 2
   • 51 Cr V 4
6. Quel est le diamètre extérieur d du piston 11?
7. En position basse, on suppose que le levier 2 est horizontal (en position haute, il est dans la position du dessin d'ensemble). Sur le dessin d'ensemble, en trait mixte fin à deux points et un tiret, dessiner les emplacements du levier 2 et du piston 11 en position basse.
8. Quelle est la course c du piston 11?
9. On se place dans le cas où l'utilisateur manœuvre le levier 2 une fois toutes les 0,8 s.
   • Quel volume de fluide V, en l, est déplacé lorsque l'utilisateur manœuvre une fois le levier?
   • En déduire le débit volumique moyen Q_v de la pompe, en l/min.
   • Calculer le temps t, en s, nécessaire pour remplir un récipient de 3 l.
10. Il existe deux grandes familles de pompes : Elles peuvent être centrifuges ou volumétriques. A quelle catégorie de pompes appartient la pompe hydraulique manuelle?
11. Reproduire et compléter le tableau ci-dessous de comparaison des deux principaux types de pompes, en utilisant les termes ci-après :
    • Coût : Bon marché ou onéreux.
    • Débit : Régulier ou saccadé.
    • Pression : Modeste ou importante.
    • Rendement : Bon ou moyen.
    • Auto-amorçage : Facile ou difficile.

    Critères	Pompes
    	Volumétriques	Centrifuges
    Coût
    Débit
    Pression
    Rendement
    Auto-amorçage

Etude statique

MISE EN SITUATION

On souhaite connaître la pression que peut fournir cette pompe hydraulique. On se place dans la configuration où le levier est en position horizontale. On propose ci-dessous un schéma cinématique de la pompe hydraulique.

HYPOTHESES ET DONNEES

• Le levier est soumis à trois actions mécaniques extérieures :
  • La force M, appliquée en A, de direction verticale, de norme 30 N, exercée par la main de l'utilisateur.
  • La force F, appliquée en B, de direction verticale, exercée par le piston 11.
  • L'action transmise par la liaison pivot en C.
• Les poids de toutes les pièces sont négligés.
• L'action du ressort 3 est négligeable.
• Les liaisons sont parfaites.
• Le mouvement étant lent, on peut appliquer le PFS.

TRAVAIL DEMANDE

1. Ecrire, dans la base ( x, y, z ) proposée sur le schéma, les coordonnées :
   • De M.
   • De F, en fonction de la norme de cette force.
2. Quels sont les degrés de liberté pour la liaison pivot en C?
3. Proposer trois torseurs pour modéliser les trois actions mécaniques extérieures.
4. Ecrire les trois torseurs au même point de réduction C.
5. Appliquer le PFS pour calculer la norme de F.
6. Déterminer la pression P de refoulement, en bar.

Calcul du ressort

MISE EN SITUATION

Le but de l'étude est de déterminer les dimensions du ressort de piston 3, en vue de sa fabrication. Ce ressort, en acier, doit exercer une petite force suffisante pour vaincre :

• Les frottements.
• Les poids du piston et du levier.

HYPOTHESES ET DONNEES

• Force minimale que doit exercer le ressort : F_h = 2 N
• Raideur du ressort : k = 0,2 N/mm
• Diamètre moyen du ressort : D = 8
• Diamètres disponibles pour le fil constituant le ressort : 0,4 - 0,6 - 0,8 - 1
• Module d’élasticité transversal de l'acier : G = 80 000 MPa
• Formule de calcul :
  k = G . d ⁴ 8 . D ³ . n
  k : Raideur du ressort, en N/mm.
  G : Module d’élasticité transversal, en MPa.
  d : Diamètre du fil, en mm.
  D : Diamètre moyen du ressort, en mm.
  n : Nombre de spires utiles du ressort.

TRAVAIL DEMANDE

1. Mesurer, sur le dessin d'ensemble, les longueurs sous charge du ressort 3 pour les positions haute et basse du levier. On notera L_h et L_b ces longueurs.
2. Calculer la longueur à vide L₀ du ressort sachant que la force exercée par le ressort est minimale lorsque le levier est en position haute.
3. Calculer la force F_b exercée par le ressort sur le piston pour la position basse du levier.
4. Etudier les nombres de spires utiles pour les diamètres de fil disponibles.
5. Proposer une solution pour ce ressort, en indiquant :
   • Le diamètre du fil.
   • Le diamètre moyen.
   • La longueur à vide.
   • Le nombre de spires utiles.

Etude de conception

MISE EN SITUATION

En vue d'une fabrication sérielle, on souhaite réaliser le corps 10 moulé en fonte. On a retenu le moulage en sable par gravité, adapté aux petites séries. Les surfaces fonctionnelles seront reprises par usinage.

HYPOTHESES ET DONNEES

• La légèreté de la pièce est recherchée pour économiser la matière et diminuer son coût.
• La pièce doit présenter une épaisseur aussi uniforme que possible.
• L'épaisseur de la matière autour des formes usinées doit être au minimum de 8 mm.
• Les arrondis et les congés de raccordement ont un rayon minimum de 4 mm.
• On ne se préoccupera pas des angles de dépouille utiles au moulage.

TRAVAIL DEMANDE

1. Sur le dessin d'ensemble, colorier en rouge les surfaces fonctionnelles du corps 10.
2. Proposer une solution pour le corps 10 moulé en fonte, sous les formes :
   • D'un modèle volumique, les surfaces fonctionnelle étant colorées en rouge.
   • D'un dessin de définition non coté, le nombre de vues étant au choix du concepteur.