Conception optimale de structures cinématiques tridimensionnelles. Application aux mécanismes de transmission en rotation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Optimal design of tridimensional structures. Application to rotation transmission mechanisms.

Conception optimale de structures cinématiques tridimensionnelles. Application aux mécanismes de transmission en rotation

Résumé

This work is about creation of preliminary design tools. They should be able to build admissible solutions from given specifications for initiating the design process (sketching and approximate dimensioning of part shapes).

In this connection, a design method is presented. It is particularly suitable for the class of rotative movement transmission mechanisms, with a linear structure, one degree of mobility and a constant ratio. The CASYMIR software (Conception Assistée de Systèmes Mécaniques de transmIssion en Rotation, which stands for « Aided design of rotative transmission mechanical systems » ) was implemented for illustrating the three-stage-design process :

At the topological synthesis stage, a creative algorithm generates the whole admissible mecanical solutions. It combines mechanisms taken from a mechanism database (gearings, belts, epicyclic gearings, joints, etc.) and eliminates bad combinations using design rules. Solution mechanisms are sorted in a preference order thanks to a multi-criterion or a fuzzy logic algorithm.

For pre-dimensional calculations, we introduce the notion of mechanism skeleton, which is a linear spatial representation of shaft lengths, distances between axis and angles of the mechanism. A geometrical model is constructed according to Denavit-Hartenberg model. Then it is optimized, which gives the best position and orientation of the mechanism stages for minimizing overall dimensions and verifying closure conditions.

During the last dimensional synthesis stage, the main dimensions of the mechanism are computed by integrating geometrical constraints (absence of collision between parts, geometric and kinematic continuity) as well as technological constraints (pressure criterion for gear teeth, speed ratio, etc.) in a global optimization problem.

Finally, the study of an industial speed reducer gives the opportunity to validate both the
software and the method.
Notre travail porte sur la définition d'outils de conception préliminaire de mécanismes, capables de construire des solutions admissibles à partir d'un cahier des charges donné et de débuter le processus de conception (esquisse et dimensionnement approché des formes des pièces).

Dans cette optique, nous proposons une méthode de conception adaptée à la classe des mécanismes de transmission de mouvement rotatif, à structure linéaire, à 1 degré de mobilité et à rapport constant. Le logiciel CASYMIR (Conception Assistée de SYstèmes Mécaniques de transmIssion en Rotation) a été développé pour illustrer cette démarche qui comporte 3 étapes :

À l'étape de synthèse topologique, un algorithme créatif génère l'ensemble des mécanismes-solutions admissibles. Il est basé sur l'exploration combinatoire d'une base de mécanismes (engrenages, courroies, trains épicycloïdaux, accouplements, etc.) et sur des règles de conception permettant d'éliminer les combinaisons inadaptées. Les mécanismes-solutions sont classés par ordre de préférence grâce à une méthode multi-critères ou par un algorithme de logique floue.

Pour le pré-calcul dimensionnel, nous proposons la notion de squelette de mécanisme, qui est une représentation filaire spatiale des arbre, des entraxes et des angles du mécanisme. On peut alors construire un modèle géométrique basé sur celui de Denavit-Hartenberg puis l'optimiser pour trouver la position et l'orientation des étages minimisant l'encombrement et vérifiant les conditions de fermeture du mécanisme.

La dernière étape de synthèse dimensionnelle permet de calculer les dimensions principales du mécanisme en intégrant des contraintes à la fois géométriques (non interférence des pièces, continuité géométrique et cinématique) et technologiques (résistance des dentures d'engrenages, rapport de réduction, etc.) au sein d'un même problème d'optimisation.

Enfin, l'étude d'un réducteur industriel permet de valider le logiciel et la démarche.
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Dates et versions

tel-00006691 , version 1 (17-08-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00006691 , version 1

Citer

Jean-Christophe Fauroux. Conception optimale de structures cinématiques tridimensionnelles. Application aux mécanismes de transmission en rotation. Mécanique [physics.med-ph]. INSA de Toulouse, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006691⟩
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