BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité GENIE ELECTROTECHNIQUE PROPOSITION DE SUJET POUR LA SESSION 2003

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1 BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité GENIE ELECTROTECHNIQUE PROPOSITION DE SUJET POUR LA SESSION 2003 Epreuve : ETUDE DES CONSTRUCTIONS Durée : 4 heures Coefficient : 6 TABLE ELEVATRICE RENAULT AUCUN DOCUMENT AUTORISE (y compris les guides couramment utilisés) MOYENS DE CALCULS AUTORISES Calculatrices suivant la circulaire n du MOYENS DE DESSIN NECESSAIRES règle graduée, équerres, compas, crayons Le candidat répondra sur des feuilles de copies et sur les documents réponses pour certaines questions Tous les documents «Travail Demandé» (TD1 à TD11 ) sont à remettre en fin de l épreuve (avec les éventuelles feuilles de copie)

2 COMPOSITION DU SUJET DOSSIER TECHNIQUE : DT1 à DT7 - Présentation de l étude DT1 et DT2 - Cahier des charges DT3 - Différents types de table DT4 - Descriptif des mouvements de montée de la table DT5 - Plan d ensemble du vérin électrique DT6 - Nomenclature du vérin électrique DT7 DOSSIER RESSOURCE : DR1 à DR3 - Documentation : Moto-réducteurs USOCOME? DR1 - Documentation : Visserie DR2 - Documentation : Accouplements à denture bombée BOWEX? DR3 DOSSIER TRAVAIL DEMANDE : TD1 à TD11 (Barème) A. Recherche la phase où le système nécessite la puissance maximum TD1 à TD2 (2,75 pts) B. Etude comparative TD2 à TD5 (7 pts) C. Choix du moto-réducteur et du pas de la vis à billes TD5 à TD6 (2 pts) D. Vérification de l horizontalité du plateau au cours du mouvement TD6 à TD8 (5,25 pts) E. Implantation du moto-réducteur TD9 à TD11 (3 pts) AIDE IMPORTANTE

3 DOSSIER TECHNIQUE Table élévatrice de type classique Table élévatrice MGSA? de type «Système MECADAR?» - Présentation de l étude DT1 et DT2 - Cahier des charges DT3 - Différents modèles de table DT4 - Descriptif des mouvements de montée de la table DT5 - Plan d ensemble du vérin électrique DT6 - Nomenclature du vérin électrique DT7

4 A. PRESENTATION DE L ETUDE I. Situation du Problème La société Renault désire implanter une table élévatrice, équipée d un plateau roulant, pour permettre l échange des luges peinture et montage portant le châssis des véhicules en cours de fabrication sur les chaînes de montage du site RENAULT FLINS. I. Description du cycle de changement de luge ( Voir Documents DT2 et DT4 ) Le châssis du véhicule sur sa luge peinture arrive sur le convoyeur à rouleaux «sortie peinture» Phase : L ensemble { luge peinture + châssis véhicule} est chargé sur la table élévatrice (en position haute) grâce au plateau roulant de la table Phase : La table descend l ensemble : { plateau roulant de la table + luge peinture + châssis véhicule }. Seul le châssis véhicule va stopper sa course après 200 mm de descente en venant se reposer sur des chandelles fixes. Phase : La table et l ensemble { plateau roulant de la table + luge peinture vide } poursuivent leur descente sur 800 mm supplémentaires Phase : La luge peinture est évacuée et la luge montage est chargée sur la table élévatrice (en position basse) grâce au plateau roulant de la table Phase : La table et l ensemble { plateau roulant de la table + luge montage vide } montent sur 800 mm pour venir au contact du châssis véhicule Phase : La table et l ensemble { plateau roulant de la table + luge montage + châssis véhicule } poursuivent leur montée sur 200 mm supplémentaires Phase : L ensemble { luge montage + châssis véhicule} est évacué de la table élévatrice (en position haute) grâce au plateau roulant de la table Le châssis du véhicule sur sa luge montage part sur le convoyeur à rouleaux «début montage». DT1

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6 B. CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLE Course : 1000 mm. 200 mm avec l ensemble { plateau roulant de la table + luge + châssis véhicule} 800 mm avec l ensemble { plateau roulant de la table + luge } Cadence de production de la chaîne de montage : 66 véhicules / heure Temps chargement {luge peinture + châssis véhicule} : 8,5 s (Phase ) Temps déchargement {luge montage + châssis véhicule} : 8,5 s (Phase ) Temps de changement de luge : 17 s ce qui correspond au total du temps qui correspond au temps mis pour décharger la luge peinture et charger la luge montage (Phase ) Masse châssis véhicule : 320 Kg. Masse luge peinture : 250 Kg. Masse luge montage : 250 Kg. Masse {plateau + plateau roulant de la table élévatrice} : 1190 Kg. Energie électrique ( nécessité de travailler dans une atmosphère propre) Défaut de positionnement horizontal (axe x ) maximum de 10 mm Horizontalité absolue du plateau au cours du mouvement ( pour éviter tout glissement de luge ) Fiabilité du mécanisme permettant d obtenir un taux de disponibilité T D = 0,95 Avec T D temps d' utilisation temps d' utilisation temps d' immobilisation ( pannes, entretien...) Pour des raisons de rapidité et sécurité d approvisionnement, Le constructeur désire avoir la possibilité d adapter des moteurs de différentes marques. DT3

7 C. DIFFERENTS MODELES DE TABLE Lors de sa prospection, le bureau d étude de Renault a retenu le principe d une table élévatrice à ciseaux équipée d un vérin à billes. Ce vérin à billes sera mu par un moto-réducteur électrique. Deux choix de modèles sont possibles : I. Table élévatrice de type classique : Sur ces modèles l effort nécessaire pour lever la charge lorsque la table est en position basse est très important. Pour une vitesse de sortie de tige de vérin constante, la vitesse de levée de la table est très variable. I. Table élévatrice MGSA de type «Système MECADAR» 2 -Ciseau intérieur 4 -Plateau de la table 5 -genou 6 -Jambe de force 1 -Châssis 8-Biellette 3 -Ciseau extérieur 7 -Biellette Vérin électrique et moto-réducteur Le constructeur affirme que l effort exercé par le vérin lorsque la table est en position basse est inférieure à deux fois la charge à soulever. Il affirme aussi que le mouvement est progressif : la vitesse réduite en début et fin de course de la table, permettrait une meilleure précision d arrêt et réduirait les effets dus aux inerties. L étude permettra de comparer les deux modèles de table dans le but de choisir le modèle qui convient, puis faire le choix du moto-réducteur et, enfin, réaliser l implantation du moto-réducteur. DT4

8 DESCRIPTIF DES MOUVEMENTS DE MONTEE DE LA TABLE Table en position basse (représentée sans vérin ni moto-réducteur) Genou 5 seul F Vérin Axe du vérin électrique Table en position médiane (représentée sans vérin ni moto-réducteur) Genou 5 seul F Vérin Axe du vérin électrique Table en position haute (représentée sans vérin ni moto-réducteur) Genou 5 seul F Vérin Axe du vérin électrique DT5

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10 53 2 Rondelle contact CS 12 E 60 zinguée 51 4 Vis CHC M 12 x 80 / 30 classe 8,8 zinguée 49 2 Vis CHc M12 x 35 / 30 Classe 8,8 zinguée 48 9 Vis Hc M8 x 10 à bout plat cl 10, Vis CHc M10 x 30 /22 classe 12, Clavette // forme A 14 x 9 Lg: Circlips extérieur Type 7100? Circlips intérieur Type 7000? Circlips intérieur Type 7000? Accouplement "BOWEX" M65 WARNER 40 1 Joint torique? 159,5 x 3 Ref: LE JOINT FRANC 39 3 Bouchon d'huile à collerette M12 x 1 Ref: LEGRIS 38 1 Motoréducteur à couple conique SEW USOCOME 34 1 Joint à lèvres Type IE? 80 / 100 x 10 Ref : PAULSTRA 33 1 Joint double racleur? 115 DA 17 Ref:WD BUSAK 32 1 Roulement à billes? 30 / 62 x 20 INA 31 1 Rotule Ref : GE 35 UK 2RS INA 30 1 Ecrou Ref:ZMV55 INA 29 1 Roulement combiné Ref: ZARF LTNA INA 28 1 Ecrou Ref : SX6 80 x 20 R SKF 27 1 Vis à billes? 80 ; pas = 20 mm SKF 25 1 Bague d'appui 24 1 Lanterne d'accouplement C 35 peint 11 1 Flasque arrière C 35 Electro zingué 9 1 Entretoise C Galet UE 9 P 6 1 Noix UE 9 P 5 1 Embout C 35 Electro zingué 4 1 Flasque avant UE 9 P 3 1 Fourreau chromé dur 2 1 Fut peint 1 1 Moyeu Rep. Nbre DESIGNATION MATIERE OBSERVATIONS TABLE ELEVATRICE - VERIN A VIS A4 BAC TECHNOLOGIQUE GENIE ELECTROTECHNIQUE DT7

11 DOSSIER RESSOURCE - Documentation : Moto-réducteurs USOCOME? DR1 - Documentation : Visserie DR2 - Documentation : Accouplements à denture bombée BOWEX? DR3

12 MOTOREDUCTEUR SEW USOCOME à COUPLE CÔNIQUE Caractéristiques communes : Tension nominale : 230/400 V Indice de protection : IP54 Puissance nominale [KW] et Vitesse Moteur [tr/min] Vitesse de sortie [tr/min] Couple de sortie [N.m] Rapport de réduction Charge radiale [N] Désignation Puissance nominale [KW] et Vitesse Moteur [tr/min] Vitesse de sortie [tr/min] Couple de sortie [N.m] Rapport de réduction Charge radiale [N] Désignation 0,25 KW 2660 tr/min 0,55 KW 2700 tr/min 0,75 KW 2700 tr/min 1,1 KW 2700 tr/min 1,5 KW 2700 tr/min 2,2 KW 2810 tr/min 3 KW 2800 tr/min , KA67DR63M , KA77DR63M , KA47DR63M , KA57DR63M , KA77DT71D , KA47DT71D , KA67DT71D , KA57DT71D , KA37DT71D , KA57DT80K , KA77DT80K , KA67DT80K , KA37DT80K , KA47DT80K , KA87DT80N , KA77DT80N , KA47DT80N , KA67DT80N , KA57DT80N , KA37DT80N KA97DT90S , KA47DT90S , KA67DT90S , KA77DT90S , KA37DT90S , KA57DT90S , KA97DT90L , KA77DT90L , KA57DT90L , KA67DT90L , KA37DT90L , KA47DT90L , KA77DV100M , KA37DV100M , KA47DV100M , KA67DV100M , KA87DV100M , KA57DV100M2 4 KW 2860 tr/min 5,5 KW 2880 tr/min 7,5 KW 2900 tr/min 9,2 KW 2890 tr/min 15 KW 2910 tr/min 18,5 KW 2910 tr/min 22 KW 2910 tr/min , KA97DV112M , KA77DV112M , KA107DV112M KA87DV112M , KA67DV112M , KA57DV112M , KA97DV132S , KA87DV132S , KA107DV132S , KA67DV132S , KA77DV132S , KA57DV132S , KA107DV132M , KA127DV132M KA97DV132M , KA67DV132M , KA77DV132M , KA87DV132M , KA107DV132ML , KA157DV132ML , KA97DV132ML , KA127DV132ML , KA77DV132ML , KA87DV132ML , KA157DV160L , KA97DV160L , KA127DV160L , KA107DV160L , KA87DV160L , KA157DV180M , KA127DV180M , KA97DV180M , KA87DV180M , KA157DV180L , KA127DV180L , KA97DV180L , KA87DV180L2 DR1

13 DOCUMENTATION VISSERIE d (1,15a) ECROUS AUTO-FREINES a 0,8d h exemple de désignation : Écrou H FR M10 (écrou auto-freiné de diamètre nominal d=10) d Pas a h d Pas a h d Pas a h 2,5 0,45 5 4,3 8 1, ,8 20 2, ,7 3 0,5 5,5 4,5 10 1, , ,4 4 0,7 7 5,7 12 1, ,2 30 3, ,6 5 0,8 8 6,3 (14) , , ,8 42 4, ,1 d RONDELLES PLATES D Série e Rondelle Normale Etroite Moyenne Large Très large Symbole Z M L LL exemple de désignation : Rondelle M10 (rondelle plate, normale, série moyenne, de diamètre nominal d=10) d e Z M L LL Z M L LL d e D D 1,6 0,5 3, ,5 4 5, , ,5 0, (14) 2, , , , , a x s VIS A TETE CYLINDRIQUE A SIX PANS CREUX K=d l exemple de désignation : Vis C HC, M10x50/26 (vis à tête cylindrique à six pans creux de diamètre nominal d=10, longueur sous tête l=50, longueur filetée X=26) d a s d a s d a s M 1,6 3 1,5 M M M 2 3,8 1,5 M M M 2,5 4,5 2 M M M 3 5,5 2,5 M M M (M 14) M M 5 8,5 4 M M DR2

14 ACCOUPLEMENT A DENTURE BOMBEE BOWEX CONSTITUTION : Un manchon en nylon comportant des dentures intérieures Deux moyeux en acier fritté comportant des dentures bombées CARACTERISTIQUES : Les accouplements à denture bombée BoWex sont des liaisons flexibles, particulièrement adaptées à la transmission de couples puissants. ils permettent de compenser les désalignements axiaux, radiaux et angulaires des arbres à relier. La conception à double cardan élimine toute contrainte sur les arbres en cas de déplacements angulaires et radiaux. La conception à double cardan n entraîne aucune variation périodique de la vitesse angulaire (transmission homocinétique) La combinaison acier/polyamide permet d obtenir un fonctionnement ininterrompu sans entretien et des coefficients de frottement très faibles. La température d utilisation est comprise entre 25 C et 100 C. DR3

15 DOSSIER TRAVAIL DEMANDE Table élévatrice de type classique Table élévatrice MGSA? de type «Système MECADAR?» L étude permettra de comparer les deux modèles de table (voir DT4) dans le but de choisir le modèle qui convient, puis faire le choix du moto-réducteur et, enfin, réaliser l implantation du moto-réducteur. - A. Recherche la phase où le système nécessite la puissance maximum TD1 à TD2 - B. Etude comparative TD2 à TD5 - C. Choix du moto-réducteur TD5 à TD6 - D. Vérification de l horizontalité du plateau au cours du mouvement TD6 à TD8 - E. Implantation du moto-réducteur TD9 àtd11 ATTENTION : Tous ces documents sont à rendre en fin de l épreuve (avec les éventuelles feuilles de copie)

16 A. RECHERCHE DE LA PHASE OU LE SYSTEME NECESSITE LA PUISSANCE MAXIMUM A.I. Calculer le temps de cycle (en secondes) pour respecter la cadence annoncée (voir Cahier des charges DT3) A.II t = La valeur choisie sera la valeur arrondie à la seconde qui respectera au moins la cadence de 66 véhicules / heure demandée : t choisi = A.II. Description du cycle : h en mm Nota : L allure de cette courbe représentant la variation de la hauteur du plateau de la table au cours du temps est volontairement simplifiée h 2 = h 1 = h 0 = 0 t 0 = 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t Indiquer les valeurs des hauteurs notées h 1 et h 2 sur la courbe suivante A.III Remplir le tableau suivant (on prendra g = 9,81m.s -2, les temps t 3 et t 6 sont à calculer pour respecter la cadence choisie à la question précédente pour cela on supposera que le temps pour effectuer les phases et est identique à celui des phases Phas e et ) Temps en fin de phase (en secondes) Masse à transporter (plateau + plateau roulant de la table élévatrice compris) (en Kg) t 1 = t 2 (dépend du type de table) m 2 = P 2 = t 3 = m 3 = P 3 = t 4 = t 5 (dépend du type de table) m 5 = P 5 = t 6 = m 6 = P 6 = t 7 = Poids à transporter (plateau + plateau roulant de la table élévatrice compris) (en N) TD1 Action(s) réalisée(s) (voir DT1 «description du cycle de changement de luge»)

17 A.III. Tracé du chronogramme de l alimentation électrique du moteur du vérin B.I Dans les phases de montée du plateau de la table l alimentation électrique du moteur sera notée +1 Dans les phases de descente du plateau de la table l alimentation électrique du moteur sera notée -1 Tracer, en couleur, ci-dessous le chronogramme de l alimentation électrique du moteur de vérin en fonction du temps sur un cycle total de la table : Alimentation électrique du moteur +1 t 0 = 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t -1 A.IV. A l aide des réponses aux questions I, II et III, déterminer la phase qui semble la plus contraignante donc nécessiterait la puissance maximum pour le moteur du vérin, vous justifierez votre réponse :.... B. ETUDE COMPARATIVE B.I. Table élévatrice de type classique B.II B.I.a) Sur la courbe ci-contre, représentant l effort du vérin lors de la phase de montée de la table, repérer l instant où l effort nécessaire du vérin est le maximum : t = B.I.b) D après le graphe de la question A. II. entourer le temps correspondant : N N Effort en bout de tige de vérin en N t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t N B.I.c) A quel début de phase cela correspond-il? Début de phase N B.I.d) Noter la valeur de cet effort maximum: N Temps(s) F maxi = B.I.e) Expliquer ce que signifie le «décrochement» sur la courbe (que se passe t-il à cet instant?)... TD2

18 B.II. Table élévatrice MGSA de type «Système MECADAR» Pour le calcul de l effort nécessaire pour lever la charge nous allons utiliser le calcul de la puissance nécessaire en bout de vérin avec ce type de table. B.II.a) Calcul de la vitesse de sortie de tige du vérin B.II.b. Nota : Pour cette étude, et quelques soient les résultats trouvés précédemment, on prendra : t = 0 s au début de la période de montée du plateau de la table et t = 10 s à la fin de la levée du plateau de la table Une étude logicielle a donné la courbe suivante exprimant la valeur du déplacement de la tige de vérin par rapport au corps de vérin lors d une période de montée totale du plateau de la table : X = position de la tige de vérin en mm Temps en s 10 s 1) 1) Quelle est la course de la tige du vérin : (préciser l unité) 2) D après cette courbe, à quel type de mouvement est soumise la tige de vérin par rapport au corps de vérin : Cocher la case concernée c = mouvement uniforme mouvement uniformément varié 3) Calculer, alors, la vitesse de sortie de la tige du vérin : V tige/corps = (préciser l unité) B.II.b) Calcul de l effort maxi nécessaire pour lever la charge maximum C.I. On donne t rendement de la table (sans vérin à vis, ni moto réducteur) t =0,85 Une étude logicielle ( voir courbe page suivante) montre que la vitesse de montée (et descente) du plateau de la table n est pas constante (pour une vitesse de sortie de tige du vérin constante) 1) En écrivant l expression du rendement t =0.85 écrire la relation littérale entre : P total : Poids dû à la charge à soulever V y table/sol : Vitesse verticale du plateau de la table F vérin : Force en bout de tige du vérin V tige/corps : Vitesse de sortie de tige du vérin t =0,85 = 2) En déduire l expression littérale de la force en bout de tige du vérin en fonction de la vitesse verticale du plateau de la table F vérin = f(v y table/sol ) = TD3

19 L étude logicielle a donné la courbe ci-contre pour la vitesse verticale du plateau de la table par rapport au sol lors de la période de montée totale du plateau de la table : Vitesse verticale du plateau de la table / sol Vy(m/s) s 2,5 5 6,6s 7,5s 10 s s s Temps en secondes 3) La période de montée totale du plateau de la table est constituée de deux phases et (voir Doc. DT1 et la courbe ci-dessous ). Ré-écrire la formule précédente du calcul de la force en bout de tige du vérin pour chacune de ces deux phases en appliquant les données suivantes : 1000 h (mm) Phase : Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N V tige/corps = 0,113 m/s 800 F vérin = f(v y table/sol )= 0 Temps(s) Phase : Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N V tige/corps = 0,113 m/s F vérin = f(v y table/sol ) = TD4

20 4) Remplir le tableau suivant en utilisant la courbe de la vitesse verticale de la table par rapport au sol (Doc. TD4), temps V tige/corps Phase Phase 0 s 2,5 s 5 s 6,6 s 6,6s 7,5 s 10 s F vérin 5) tracer alors ci-contre la courbe F vérin = f(t ) représentant la force en bout de tige du vérin en fonction du temps en respectant les deux phases et FVérin (N) N N N N N Temps (en sec.) 6) Relever F Maxi vérin l effort maximum nécessaire en bout de tige du vérin et l instant t (Fmaxi vérin) correspondant F Maxi vérin = t (FMaxi vérin) = 7) Comparer avec votre réponse à la question A. IV (Doc. TD2) quant à la phase la plus contraignante. Comment expliqueriez-vous cela? ) Comparer les résultats entre les deux types de table quant aux efforts maximum F Maxi vérin nécessaires en bout de tige du vérin (voir aussi Doc. TD2) ) Concluez quant aux affirmations du constructeur (Doc. DT4, Chapitre C. II.) concernant l effort nécessaire pour lever la charge lorsque la table est en position basse C. CHOIX DU MOTOREDUCTEUR Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N F Maxi vérin = 19600N V y table/sol = 0,133 m/s V tige/corps = 0,113 m/s On rappelle : t rendement de la table (sans vérin à vis, ni moto réducteur) t =0,85 On admet que la vis à bille à un rendement de V =0,95 on précisera la formule littérale et l unité C.I. Calculer P th-motoréducteur puissance théorique du motoréducteur C.III. P th-motoréducteur = TD5

21 C.II. En admettant un facteur de service fs = 1,7 ( facteur de multiplication de la puissance, ceci par sécurité, compte tenu des conditions particulières de fonctionnement 24 heures sur 24) C.III. Calculer P motoréducteur puissance nécessaire du motoréducteur C.III. P motoréducteur = C.IV. Données : Calcul de la fréquence de rotation en sortie du moto-réducteur D.I. Le pas de la vis à billes (voir Doc. DT7 ) (nota : on rappelle que le «pas» correspond au déplacement de l écrou pour un tour de vis) Le déplacement de la tige de vérin par rapport au corps de vérin lors d une période de montée totale de la table (voir Doc. TD3 courbe Question B.II.a ) Calculer N, la fréquence de rotation nécessaire en sortie du moto-réducteur pour obtenir une vitesse de sortie de tige V tige/corps = 0,113 m/s (on écrira l expression littérale avant d effectuer l application numérique ) N = (Préciser l unité) Si l on désire effectuer la montée de la table dans un temps maximum de 10 secondes, la fréquence de rotation N mot du moto-réducteur que vous devez choisir doit- elle être : Cocher la case concernée supérieure ou égale à N inférieure ou égale à N C.V. Choix du motoréducteur D.I. A l aide de vos réponses aux questions II. et III. choisir le motoréducteur dans la documentation constructeur DR1. Référence :... D. VERIFICATION DE L HORIZONTALITE DU PLATEAU AU COURS DU MOUVEMENT Pour éviter tout glissement éventuel du châssis ou de la luge lors du cycle, le constructeur désire que le plateau de la table reste bien à l horizontal Vous aller vérifier que cette table répond bien à cette clause du cahier des charges : Schéma à l échelle 1:20 de la table dans une position donnée (voir aussi Doc.DT4 et DT5): F D y C B A H E x J K I L TD6

22 D.I. Sur la figure du document TD8, réaliser, à la même échelle, l épure représentant la table dans une position intermédiaire (celle-ci est déterminée par la nouvelle position de la biellette 6) Pour cela répondre aux questions ci-dessous et effectuer les étapes suivantes D.II. Nota : Pour chaque mouvement on en précisera soit le centre, soit la direction 1) Quel est le mouvement de 5/6?... Tracer T B5/6 la trajectoire de B5/6 2) Quel est le mouvement de 2/1?... Tracer T B2/1 la trajectoire de B2/1 3) Placer le point B dans sa nouvelle position. Tracer schématiquement les pièces 2 et 5, placer les points D et K(On pourra pour cela reproduire les cotés du triangle ABK à l aide d un compas ou d une règle graduée) 4) Quel est le mouvement de 7/1?... Tracer T E7/1 la trajectoire de E7/1 5) Quel est le mouvement de 3/2?... Tracer T E3/2 la trajectoire de E3/2 6) Placer le point E dans sa nouvelle position. Tracer schématiquement la pièce 7 et la pièce 3, placer le point F 7) Quel est le mouvement de 4/3?... Tracer T H4/3 la trajectoire de H4/3 8) Quel est le mouvement de 8/2?... Tracer T H8/2 la trajectoire de H8/2 9) Placer le point H dans sa nouvelle position Tracer schématiquement la pièce 8 et le plateau 4 dans cette nouvelle position 10) Conclure quant à l horizontalité du plateau dans cette nouvelle position :... TD7

23 Réalisation de l épure représentant la table dans la position intermédiaire y A C x J I L D.II. D.III. La courbe ci-dessous donne le déplacement du plateau au cours du mouvement (échelle des x très agrandie) En admettant que les résultats trouvés sur l épure précédente restent vrais tout au long du cycle Dans le tableau ci-contre, conclure en cochant le type de mouvement du plateau E.I. Y(mm) 1000 Translation Rectiligne horizontale (axe x) X(mm) Translation Rectiligne verticale (axe y) Translation Rectiligne oblique Translation circulaire Translation curviligne (suivant une courbe) Rotation autour de z Mouvement quelconque D.IV. La clause d horizontalité du plateau du cahier des charges est-elle vérifiée E.I.... TD8

24 E. IMPLANTATION DU MOTOREDUCTEUR Le constructeur désire un taux de disponibilité de T D = 0,95 (voir Doc. DT3) pour cela il doit pouvoir échanger le moto-réducteur rapidement. Ces échanges doivent pouvoir se faire avec des moto-réducteurs de marques différentes. Chaque moto-réducteur doit donc avoir sa propre lanterne permettant le montage sur l ensemble vis à billes. Le but de cette étude est de concevoir cette lanterne accouplant le flasque arrière 11 avec le moto-réducteur 38. Données : Doc. DR1 Documentation USOCOME, constructeur de moto-réducteur Doc. DR2 Documentation sur la visserie Doc.TD11 (document à rendre) Dessin d ensemble avec le flasque arrière 11, le moyeu du vérin 1, le moto-réducteur 38 positionnés Schéma technologique : Moyeu Vérin 1 LANTERNE 24 Vis Vérin 27 ACCOUPLEMENT BOWEX E.I. Conception de la lanterne E.III. Pour chacune des deux liaisons ( {coté droit lanterne 24 / carter moto-réducteur 38} et {coté gauche lanterne 24 / flasque arrière 11}) il a été fait le choix suivant : Flasque arrière 11 4 boulons à 90 : Vis CHC, M12x60/30 Rondelle M12 Ecrou HFR, M12 (Ecrou "Nylstop") Carter moto-réducteur 38 z 1) Mise en position par centrage court : Contact sur une surface cylindrique courte y par appui plan Contact sur une surface plane 2) Maintien en position Assemblage par 4 boulons Vis CHC M 12 x 60 / Rondelles M12 + Ecrou H FR, M12 (écrou «Nylstop») TD9

25 Travail graphique à faire : Dessiner à main levée la forme de lanterne en position Représenter les formes permettant l assemblage par boulon avec le flasque arrière et celui avec le carter du moto-réducteur. E.II. Cotation fonctionnelle : Sur votre dessin (Doc. TD11) : Repasser de couleur les surfaces de mise en position de la lanterne avec le flasque arrière et avec le carter du moto-réducteur. Indiquer les jeux et ajustements nécessaires pour la mise en position uniquement de la lanterne avec le carter du moto-réducteur. Pour ce qui est des ajustements, vous les écrirez simplement sous forme de cote, en précisant uniquement s il doit s agir d un ajustement avec jeu, serrage ou de type incertain. E.III. Travail préparatoire pour une modélisation volumique informatique : Vous aller rechercher les contraintes d assemblage nécessaires pour la mise en position de la lanterne sur le carter du moto-réducteur. Sur votre dessin (Doc. TD11), repérer chaque surface de mise en position par une lettre majuscule (A, B, C, ) suivie de l indice de la pièce concernée, et préciser la nature de cette surface : Exemple : Dans le tableau cices surfaces et leur contrainte d assemblage dessous, reporter Surface de la lanterne Surface Du carter du Moto-réducteur Contrainte (telle qu elle est nommée dans votre logiciel habituel ou par une explication claire, précise et concise) E.IV. Technologie : Sur ses tables précédentes, RENAULT avait constaté des vibrations engendrant, à terme, une rupture de l extrémité de la vis à billes du côté du moto-réducteur, et ceci après une période d utilisation assez brève. Il avait demandé alors une modification du système. Pour résoudre ce problème, le constructeur de la table a inséré un accouplement BOWEX entre l arbre de sortie du moto-réducteur et l arbre de la vis à billes (voir Doc. DR3 et DT6). Quelle valeur ajoutée a apporté cette modification? C est à dire, préciser les problèmes résolus par cet accouplement qui pouvaient être à l origine des vibrations et de la rupture de l arbre de la vis..... TD10

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27 A. RECHERCHE DE LA PHASE OU LE SYSTEME NECESSITE LA PUISSANCE MAXIMUM A.I. Calculer le temps de cycle (en secondes) pour respecter la cadence annoncée (voir Cahier des charges DT3) A.II h 2 = 1000 h 1 = 800 h en mm La valeur choisie sera la valeur arrondie à la seconde qui respectera au moins la cadence de 66 véhicules / heure demandée : A.II. Description du cycle : Indiquer les valeurs des hauteurs notées h 1 et h 2 sur la courbe suivante A.III 3600 t =? 54,54 s 66 t choisi = 54 s L allure de cette courbe représentant la variation de la hauteur du plateau de la table au cours du temps est volontairement simplifiée /0,5 h 0 = 0 t 0 = 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t /1 Phase Remplir le tableau suivant (on prendra g = 9,81m.s -2, les temps t 3 et t 6 sont à calculer pour respecter la cadence choisie à la question précédente pour cela on supposera que le temps pour effectuer les phases et est identique à celui des phases et ) Temps en fin de phase (en secondes t 1 = 8,5 s Masse à transporter (plateau + plateau roulant de la table élévatrice compris) (en Kg) Poids à transporter (plateau + plateau roulant de la table élévatrice compris) (en N) t 2 (dépend du type de table) m 2 =1760 kg P 2 = 1750 N t 3 = 18,5 s m 3 =1440 kg P 3 = N t 4 = 35,5 s t 5 (dépend du type de table) m 5 =1440 kg P 5 =14126 N t 6 =45,5 s m 6 =1760 kg P 6 = 1750 N t 7 =54 s TD1 Action(s) réalisée(s) (voir DT1 «description du cycle de changement de luge») Chargement {luge peinture + Châssis} Descente {luge peinture + Châssis} Descente luge peinture seule Déchargement luge peinture Chargement luge montage Montée Luge montage seule Montée {Luge montage + Châssis} Déchargement { luge montage + Châssis}

28 A.III. Tracé du chronogramme de l alimentation électrique du moteur du vérin B.I Dans les phases de montée du plateau de la table l alimentation électrique du moteur sera notée +1 Dans les phases de descente du plateau de la table l alimentation électrique du moteur sera notée -1 Tracer, en couleur, ci-dessous le chronogramme de l alimentation électrique du moteur de vérin en fonction du temps sur un cycle total de la table : Alimentation électrique du moteur +1 t 0 = 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t -1 A l aide des réponses aux questions I, II et III, déterminer la phase qui semble la plus contraignante donc nécessiterait la puissance maximum pour le moteur du vérin, vous justifierez votre réponse : /0,5 Il semblerait que la phase soit la plus contraignante, car durant celle-ci la charge sur le plateau est maximum et l on est en phase de montée de charge B. ETUDE COMPARATIVE B.I. Table élévatrice de type classique B.II B.I.a) Sur la courbe ci-contre, représentant l effort du vérin lors de la phase de montée de la table, repérer l instant où l effort nécessaire du vérin est le maximum : t = 0 s B.I.b) D après le graphe de la question A. II. entourer le temps correspondant : N N Effort en bout de tige de vérin en N t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t N B.I.c) A quel début de phase cela correspond-il? N Phase N 5 B.I.d) Noter la valeur de cet effort maximum: Temps(s) /0,5 F maxi = N B.I.e) Expliquer ce que signifie le «décrochement» sur la courbe (que se passe t-il à cet instant?) Il représente la «surcharge» lorsque la table reprend le châssis TD2

29 (début de la phase ) B.II. Table élévatrice MGSA? de type «Système MECADAR?» Pour le calcul de l effort nécessaire pour lever la charge nous allons utiliser le calcul de la puissance nécessaire en bout de vérin avec ce type de table. B.II.a) Calcul de la vitesse de sortie de tige du vérin B.II.b. Nota : Pour cette étude, et quelques soient les résultats trouvés précédemment, on prendra : t = 0 s au début de la période de montée du plateau de la table et t = 10 s à la fin de la levée du plateau de la table Une étude logicielle a donné la courbe suivante exprimant la valeur du déplacement de la tige de vérin par rapport au corps de vérin lors d une période de montée totale du plateau de la table : X = position de la tige de vérin en mm ) Quelle est la course de la tige du vérin : c= 1127 mm (préciser l unité) Temps en s 10 s 3) Calculer la vitesse de sortie de la tige du vérin : /0,5 2) D après cette courbe, à quel type de mouvement est soumise la tige de vérin par rapport au corps de vérin : Cocher la case concernée mouvement uniforme mouvement uniformément varié 1127 V tige/corps = 10? 112,7mm/s? 0,1127m/s B.II.b) Calcul de l effort maxi nécessaire pour lever la charge maximum C.I. On donne t rendement de la table (sans vérin à vis, ni moto réducteur) t =0,85 Une étude logicielle (? voir courbe page suivante) montre que la vitesse de montée (et descente) du plateau de la table n est pas constante (pour une vitesse de sortie de tige du vérin constante) 1) En écrivant l expression du rendement t =0.85 écrire la relation littérale entre : P total : Poids dû à la charge à soulever V y table/sol : Vitesse verticale du plateau de la table F vérin : Force en bout de tige du vérin V tige/corps : Vitesse de sortie de tige du vérin t =0,85 = P F total vérin? V? V y table/sol tige/corps /0,5 2) En déduire l expression littérale de la force en bout de tige du vérin en fonction de la vitesse verticale du plateau de la table? F vérin = f(v y table/sol ) =? P 0,85? V? total tige/corps??? V? y table/corps L étude logicielle a donné la courbe ci-contre pour la vitesse verticale du plateau de la table par rapport au sol lors de la période de montée totale du plateau de la table : TD3

30 Vitesse verticale du plateau de la table / sol Vy(m/s) s 2,5s 5 6,6s s 7,5s Temps en secondes 10s 3) La période de montée totale du plateau de la table est constituée de deux phases et (voir Doc. DT1 et la courbe ci-dessous ). Ré-écrire la formule précédente du calcul de la force en bout de tige du vérin pour chacune de ces deux phases en appliquant les données suivantes : h (mm) 1000 Phase : Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N V tige/corps = 0,113 m/s 800 /0,5 F vérin = f(v y table/sol )= = V y table/corps? 14150? V 0,85 0,113???? y table/corps 0 Temps(s) Phase : Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N V tige/corps = 0,113 m/s /0,5? 17300? F vérin = f(v y table/sol ) = V 0,85 0,113???? = V y table/corps y table/corps TD4

31 4) Remplir le tableau suivant en utilisant la courbe de la vitesse verticale de la table par rapport au sol (Doc. TD4), /0,75 temps V tige/corps Phase Phase 0 s 2,5 s 5 s 6,6 s 6,6s 7,5 s 10 s 0,1326 0,0937 0,0937 0,0793 0,121 m/s 0,114 m/s 0 m/s m/s m/s m/s m/s F vérin N N N N N N 0 N N N N N N 5) tracer alors ci-contre la courbe F vérin = f(t ) représentant la force en bout de tige du vérin en F Vérin (N) 0 /0, Temps(s) 10 fonction du temps en respectant les deux phases et 6) Relever F Maxi vérin l effort maximum nécessaire en bout de tige du vérin et l instant t (Fmaxi vérin) correspondant F Maxi vérin = 0,133? FF Maxi vérin = N t (FMaxi vérin)? 2.4 s 7) Comparer avec votre réponse à la question A. IV (Doc. TD2) quant à la phase la plus contraignante. Comment expliqueriez-vous cela? On s aperçoit que c est dans la phase où il n y a que la luge de montage à soulever que l effort sur le vérin est maxi. Ceci s explique parce qu il y a alors la vitesse maximum, donc une démultiplication minimum de l effort (conservation de la puissance en tenant compte du rendement ) 8) Comparer les résultats entre les deux types de table quant aux efforts maximum F Maxi vérin nécessaires en bout de tige du vérin (voir aussi Doc. TD2). Nécessité d un effort F vérin 7 fois supérieur à la charge (98650N/ N? 7) dans /0, 5 le cas de la table classique, à l avantage donc de la table MGSA (19600 N/ N? 1,4 ) 9) Concluez quant aux affirmations du constructeur (Doc. DT4, Chapitre C. II.) concernant l effort nécessaire pour lever la charge lorsque la table est en position basse. Fvérin début de levage 17825?? 1.26? 2 Les affirmations du constructeur sont donc exactes P charge C. CHOIX DU MOTOREDUCTEUR Quelques soient les résultats trouvés précédemment on prendra : P total = N F Maxi vérin = 19600N V y table/sol = 0,133 m/s V tige/corps = 0,113 m/s On rappelle : t rendement de la table (sans vérin à vis, ni moto réducteur) t =0,85 On admet que la vis à bille à un rendement de =0,95 on précisera la formule littérale et l unité V C.I. Calculer P th-motoréducteur puissance théorique du motoréducteur C.III. P P th-motoréducteur = total? V??? 1 y table/sol 2? 14150? 0,133 0,85? 0,95? 2331 W /0,5 TD5

32 C.II. En admettant un facteur de service fs = 1,7 (? facteur de multiplication de la puissance, ceci par sécurité, compte tenu des conditions particulières de fonctionnement 24 heures sur 24) Calculer P motoréducteur /0,5 puissance nécessaire du motoréducteur C.III. P motoréducteur = fs? Pth-motoréduct eur? 1,7? 2331? 3963 W? 3,963 kw C.III. Données : Calcul de la fréquence de rotation en sortie du moto-réducteur D.I. Le pas de la vis à billes (voir Doc. DT7 ) (nota : on rappelle que le «pas» correspond au déplacement de l écrou pour un tour de vis) Le déplacement de la tige de vérin par rapport au corps de vérin lors d une période de montée totale de la table (voir Doc. TD3 courbe Question B.II.a ) Calculer N, la fréquence de rotation nécessaire en sortie du moto-réducteur pour obtenir une vitesse de sortie de tige V tige/corps = 0,113 m/s (on écrira l expression littérale avant d effectuer l application numérique ) /0,5 N = déplacemen t tige Pas de la vis? 60 secondes? temps du déplacemen t ? 60? 338,1 tr/min (Préciser l unité) Si l on désire effectuer la montée de la table dans un temps maximum de 10 secondes, la fréquence de rotation N mot du moto-réducteur que vous devez choisir doit- elle être : Cocher la case concernée supérieure ou égale à N inférieure ou égale à N C.IV. Choix du motoréducteur D.I. A l aide de vos réponses aux questions II. et III. choisir le motoréducteur dans la documentation constructeur DR1. Référence : Moto-réducteur KA67DV112M2 D. VERIFICATION DE L HORIZONTALITE DU PLATEAU AU COURS DU MOUVEMENT Pour éviter tout glissement éventuel du châssis ou de la luge lors du cycle, le constructeur désire que le plateau de la table reste bien à l horizontal Vous aller vérifier que cette table répond bien à cette clause du cahier des charges : Schéma à l échelle 1:20 de la table dans une position donnée (voir aussi Doc.DT4 et DT5): F D y C B A H E x J K I L TD6

33 D.I. Sur la figure du document TD8, réaliser, à la même échelle, l épure représentant la table dans une position intermédiaire (celle-ci est déterminée par la nouvelle position de la biellette 6) Pour cela répondre aux questions ci-dessous et effectuer les étapes suivantes D.II. Nota : Pour chaque mouvement on en précisera soit le centre, soit la direction 1) Quel est le mouvement de 5/6? Rotation de centre A Tracer T B5/6 la trajectoire de B? 5/6 2) Quel est le mouvement de 2/1? Rotation de centre C Tracer T B2/1 la trajectoire de B? 2/1 3) Placer le point B dans sa nouvelle position. Tracer schématiquement les pièces 2 et 5, placer les points D et K (On pourra pour cela reproduire les cotés du triangle ABK à l aide d un compas ou d une règle graduée) 4) Quel est le mouvement de 7/1? Rotation de centre I Tracer T E7/1 la trajectoire de E? 7/1 5) Quel est le mouvement de 3/2? Rotation de centre B Tracer T E3/2 la trajectoire de E? 3/2 6) Placer le point E dans sa nouvelle position. Tracer schématiquement la pièce 7 et la pièce 3, placer le point F 7) Quel est le mouvement de 4/3? Rotation de centre F Tracer T H4/3 la trajectoire de H? 4/3 8) Quel est le mouvement de 8/2? Rotation de centre D Tracer T H8/2 la trajectoire de H? 8/2 9) Placer le point H dans sa nouvelle position Tracer schématiquement la pièce 8 et le plateau 4 dans cette nouvelle position 10) Conclure quant à l horizontalité du plateau dans cette nouvelle position : On constate visuellement que le plateau est à l horizontale dans cette nouvelle position TD7

34 Réalisation de l épure représentant la table dans la position intermédiaire F D T B2/1 B H T H8/2 y C T B5/6 K J A T H4/3 T E7/1 I E T E3/2 x L D.II. La courbe ci-dessous donne le déplacement du plateau au cours du mouvement (échelle des x très agrandie) En admettant que les résultats trouvés sur l épure précédente restent vrais tout au long du cycle Dans le tableau ci-contre, conclure en cochant le type de mouvement du plateau E.I. Y(mm) 1000 Translation Rectiligne horizontale (axe x) Translation Rectiligne verticale (axe y) X(mm) Translation Rectiligne oblique Translation circulaire Translation curviligne (suivant une courbe) Rotation autour de z Mouvement quelconque D.III. La clause d horizontalité du plateau du cahier des charges est-elle vérifiée E.I. Le mouvement étant une translation (curviligne), le plateau reste parallèle à lui même au cours du mouvement, donc reste horizontal. La clause d horizontalité est parfaitement vérifiée. TD8

35 E. IMPLANTATION DU MOTOREDUCTEUR Le constructeur désire un taux de disponibilité de T D = 0,95 (voir Doc. DT3) pour cela il doit pouvoir échanger le moto-réducteur rapidement. Ces échanges doivent pouvoir se faire avec des moto-réducteurs de marques différentes. Chaque moto-réducteur doit donc avoir sa propre lanterne permettant le montage sur l ensemble vis à billes. Le but de cette étude est de concevoir cette lanterne accouplant le flasque arrière 11 avec le moto-réducteur 38. Données : Doc. DR1 Documentation USOCOME?, constructeur de moto-réducteur Doc. DR2 Documentation sur la visserie Doc.TD11 (document à rendre) Dessin d ensemble avec le flasque arrière 11, le moyeu du vérin 1, le moto-réducteur 38 positionnés Schéma technologique : Moyeu Vérin 1 LANTERNE 24 Vis Vérin 27 ACCOUPLEMENT BOWEX Flasque arrière 11 4 boulons à 90 : Carter moto-réducteur 38 Vis CHC, M12x60/30 Rondelle M12 Ecrou HFR, M12 (Ecrou "Nylstop") E.I. Conception de la lanterne E.III. Pour chacune des deux liaisons ( {coté droit lanterne 24 / carter moto-réducteur 38} et {coté gauche lanterne 24 / flasque arrière 11}) il a été fait le choix suivant : 1) Mise en position par centrage court : Contact sur une surface cylindrique courte par appui plan Contact sur une surface plane z y 2) Maintien en position Assemblage par 4 boulons Vis CHC M 12 x 60 / Rondelles M12 + Ecrou H FR, M12 (écrou «Nylstop») TD9

36 Travail graphique à faire : /1,25 Dessiner à main levée la forme de lanterne en position Représenter les formes permettant l assemblage par boulon avec le flasque arrière et celui avec le carter du moto-réducteur. E.II. Cotation fonctionnelle : Sur votre dessin (Doc. TD11) : /0,5 Repasser de couleur les surfaces de mise en position de la lanterne avec le flasque arrière et avec le carter du moto-réducteur. Indiquer les jeux et ajustements nécessaires pour la mise en position uniquement de la lanterne avec le carter du moto-réducteur. Pour ce qui est des ajustements, vous les écrirez simplement sous forme de cote, en précisant uniquement s il doit s agir d un ajustement avec jeu, serrage ou de type incertain. E.III. Travail préparatoire pour une modélisation volumique informatique : Vous aller rechercher les contraintes d assemblage nécessaires pour la mise en position de la lanterne sur le carter du moto-réducteur. Sur votre dessin (Doc. TD11), repérer chaque surface de mise en position par une lettre majuscule (A, B, C, ) suivie de l indice de la pièce concernée, et préciser la nature de cette surface : A 3 Surface cylindrique 3 Exemple : B Surface plane 3 /0,5 Dans le tableau ci-dessous, reporter ces surfaces et leur contrainte d assemblage Surface de la lanterne Surface Du carter du Moto-réducteur Contrainte (telle qu elle est nommée dans votre logiciel habituel ou par une explication claire, précise et concise) A24 A38 Coïncident ou plaquage B24 B38 Coaxial ou concentrique ou plaquage C24 C38 Coaxial ou concentrique ou plaquage E.IV. Technologie : Sur ses tables précédentes, RENAULT avait constaté des vibrations engendrant, à terme, une rupture de l extrémité de la vis à billes du côté du moto-réducteur, et ceci après une période d utilisation assez brève. Il avait demandé alors une modification du système. Pour résoudre ce problème, le constructeur de la table a inséré un accouplement /0,5 BOWEX? entre l arbre de sortie du moto-réducteur et l arbre de la vis à billes (voir Doc. DR3 et DT6). Quelle valeur ajoutée a apporté cette modification? C est à dire, préciser les problèmes résolus par cet accouplement qui pouvaient être à l origine des vibrations et de la rupture de l arbre de la vis. Cet accouplement permet de compenser les désalignements axiaux, radiaux et angulaires entre l arbre de sortie du moto-réducteur et l arbre de la vis à billes qui étaient probablement à la source des vibrations et de la rupture de l arbre de la vis. TD10