ESSAIS & MESURES. sur voiture TAMIYA TT-01

Transcription

1 TT-01 Motricité d un véhicule miniature télécommandé TAMIYA 1

2 Accélération maximale et motricité en 4X4 ou avec une traction ou une propulsion. Je vous propose aujourd hui de s intéresser aux paramètres qui conditionnent l accélération maximale d une voiture. A priori c est le rapport poids/puissance qui permet d évaluer le potentiel d accélération d une voiture. Si on a le moteur, encore faut-il pouvoir transmettre tout son couple à la route. QUESTION : Si pour cela la transmission intégrale domine, doit-on privilégier une traction ou une propulsion? Je vous parlerai ici uniquement de transmission de puissance. Tout cela n est valable que si l on considère le véhicule en accélération et en ligne droite. 2

3 Accélération maximale et motricité en 4X4 ou avec une traction ou une propulsion. Quels paramètres ont une influence sur la capacité d une voiture à transmettre de la puissance au sol? En simplifiant largement, on a : l empattement l (distance entre l essieu avant et l essieu arrière) la hauteur h 2 du centre de gravité G 2 la répartition des masses sur les essieux avant et arrière l adhérence du pneu sur la route Les ETUDES qui vont suivre vont permettre de répondre : ETUDE 1 : Détermination des forces transmissibles au sol. ETUDE 2 : Accélérations. ETUDE 3 : Suspension et garde au sol. ETUDE 4 : Ressort de suspension 3

4 ETUDE 1 : Détermination des forces transmissibles au sol. (Lire pages 21 à 26 du livret 3) A) Mesurer l empattement de la voiture l = 257 mm B) Placer la voiture Tamiya sans carrosserie sur une table. Soulever légèrement l avant puis l arrière de la voiture à l aide d un dynamomètre tenu à la verticale et mesurer les forces L av et L ar en N puis les distances E av et E ar en mm. L ar = 5,7 N P =? N L av = 4,8 N E ar = 50 mm E av = 68 mm 4

5 C) Lors du soulèvement de l arrière du véhicule, l équilibre en rotation autour de B s écrit : P (l - d 2 ) = L ar (l + E ar ) où P est le poids total du véhicule qui agit en G 2. Lors du soulèvement de l avant du véhicule, l équilibre en rotation autour de A s écrit : P d 2 = L av ( l + E av ). Ces deux équations permettent de trouver d 2 et P : d 2 = 121 mm (développez la 1 ère équation et remplacez P d 2 ) P = 12,9 N P = m g (N) avec g = 9,81 m/s². D) Calculer la masse m de la voiture et la comparer avec la valeur inscrite sur l emballage : m (calcul) = 1,31kg <> m (constructeur) = 1,174 kg Ecart entre ces valeurs : + 0,136 kg soit +11,6 %

6 E) Les forces verticales de contact route/roue en A et B soit à l arrière et à l avant du véhicule se calculent à l aide des formules suivantes : Dans lesquelles a est l accélération du véhicule. Calculer ces forces verticales qu on appellera forces normales au plan de contact dans le cas où l accélération est nulle : N ar = 6,8 N N av = 6,1 N Que se passe-il pour ces forces lorsque le véhicule accélère : a > 0 m/s²? Nar augmente et Nav diminue d autant, les roues avant se soulèvent si.

7 F) Bloquer les 4 roues de la voiture puis la tracter à vitesse constante sur le sol peint de la salle à l aide du dynamomètre tenu horizontalement. Relever la force T r qui devrait être à peu près constante. T r = 4,8 N Les roues qui patinent au démarrage transmettent des efforts tangentiels T = N f g où f g est le facteur de frottement de glissement constant dépendant des matériaux (Modèle de Coulomb). T r = -(T av +T ar ) = -(N ar +N av ) f g En déduire le facteur f g (frottement de glissement pneu/piste) : f g 0,372 N ar = 6,8 N N av = 6,1 N T r = 4,8 N T ar = 2,53 N T av = 2,27 N

8 G) Bloquer les 4 roues de la voiture puis la tracter à vitesse nulle (sans qu elle ne bouge, à la limite du glissement) sur le sol peint de la salle à l aide du dynamomètre tenu horizontalement. Relever la force T r. T r = 5,2 N A la limite du glissement, on admet que les roues transmettent des efforts tangentiels T = N f ad où f ad est le facteur d adhérence dépendant des matériaux (f ad f g ). T r = -(T av +T ar ) = -(N ar +N av ) f ad En déduire la valeur de f ad (facteur d adhérence pneu/piste) : f ad 0,4 N ar = 6,8 N N av = 6,1 N T r = 5,2 N T ar = 2,72 N T av = 2,44 N

9 ETUDE 2 : Accélérations. (Lire pages 21 à 26 du livret 3) Données pour l étude : m = 1,174 kg d 2 = 108 mm l = 257 mm h 2 = 27,5 mm A) Le graphique page suivante est le relevé de l accélération de la voiture TAMIYA TT-01 à 4 roues motrices sur le sol de l atelier (pneus drift) dans un mouvement rectiligne suivi d un freinage. On remarque une première phase ou elle est presque constante. Utiliser le fichier de tableur pour calculer l accélération moyenne durant cette phase. a moy = a = 4,39 m/s² B) Donner la durée de cette phase : T1 = 1 s 9

10 ,00 0,14 0,28 0,42 0,57 0,71 0,85 0,99 1,14 1,28 1,42 1,57 1,71 1,85 1,99 2,14 2,28 2,42 2,57 2,71 2,85 2,99 3,14 3,28 3,43 3,59 3,73 3,88 4,13 4,35 4,54 4,73 4,87 5,06 5,29 5,49 5,65 5,81 5,96 6,10 6,27 6,41 6,56 6,69 6,84 6,99 7,12 7,26 Accélération Tamiya en 4x4. [m/s²] TC Série1 10

11 C) Le théorème de la dynamique pour un solide en translation rectiligne s écrit ici pour les forces horizontales : T av + T ar = m a En déduire T av + T ar la somme des forces qui entraînent la voiture pendant la première phase. T av + T ar = 5,15 N. D) Utiliser le modèle SciLab Xcos Actions verticales pour déterminer les efforts normaux N ar et N av et les inscrire ci-dessous. E) Durant cette phase les 4 roues patinent et on peut alors modéliser les efforts de contact à l aide de la relation T = N f g. Calculez alors le facteur de frottement de glissement : f g = 0,448. Complétez les valeurs de T ar et T av ci-dessous. N ar = 7,2 N N av = 4,3 N T ar = 3,2 N T av = 2 N 11

12 F) On suppose le facteur de frottement f g = 0,45 et T ar = 0 N pour le même véhicule avec seulement les roues avant motrices. Les forces verticales de contact route/roue en A et B soit à l arrière et à l avant du véhicule se calculent à l aide des formules suivantes : Dans lesquelles P = m g (N) avec g = 9,81 m/s². Le théorème de la résultante dynamique s écrit T av = m a avec T av f g N av. Calculer l accélération dans ce cas : a Tav = 1,766 m/s². N ar = 6,9 N N av = 4,6 N T av = 2 N 12

13 G) Le graphique ci-dessous donne, lorsque les roues patinent, la force motrice du véhicule (propulsion en rouge ou traction en bleu) en fonction de l accélération. Laquelle des versions a la meilleure motricité (accélération)? La propulsion H) Calculer les écarts en pourcentages entre les versions de véhicules traction et propulsion par rapport à la version 4x4 (sur sol de l atelier). a(4x4) = 4,39 m/s² 100% a(t av )max = 1,7 m/s² - 61 % a(t ar )max = 2,7 m/s² - 39 % Tav [N] m x a [N] Tar [N] ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 13

14 ETUDE 3 : Suspension et garde au sol (Lire livret 5) A) A l aide des fichiers donnés, réaliser un assemblage. N utilisez que des de surfaces de contact dans les contraintes. Le ressort ne sera attaché qu à la pièce B7. B) Insérer cet assemblage dans l assemblage en y lançant la commande insertion /composant/ Décomposer le sous assemblage (clic droit) et libérer la pièce fixée(f) de l amortisseur (clic droit). Terminer l assemblage et vérifier sa mobilité. 14

15 C) Mesurer le diamètre extérieur du pneu et le comparer à celui du pneu réel. Calculer l écart en % par rapport au diamètre réel. E% = D) Ouvrir la pièce SB6. Esquisser le centre de l extrémité filetée puis refermer l esquisse puis la pièce. Créer une contrainte de distance si on veut régler la garde au sol à 7,5 mm. Distance centre/dessous du chassis : 24,5 mm E) Mesurer dans l assemblage, le débattement possible en compression depuis cette position. Dc = 4,99 mm F) Mesurer le débattement en traction depuis cette position Dt = 5,26 mm (utiliser la transparence sur la pièce B11 et sélectionner autre ) G) Mesurer la distance effective entre les appuis du ressort : L = 22,49 mm H) Donner la garde au sol si on utilise un ressort de longueur L = 30 mm. G 30 = 16 mm Il faut limiter la longueur du ressort à 22,49+5,26 mais il reste une interférence cadre inférieur/châssis qui limite G à 14,8! 15

16 ETUDE 4 : Ressort de suspension (Lire livret 5) A) Ouvrir l assemblage ; et terminer les groupes cinématiques en sélectionnant les pièces encastrées avec la touche [Ctrl] puis clic droit puis et. On ne classe pas les pièces transparentes. Vérifier les mobilités. B) Compléter le schéma cinématique (cf. EC1)ci-contre après avoir analysé l assemblage. (On fera un graphe des liaisons sur feuille et on ne représentera pas l arbre de transmission). 16

17 C) Dans Solidworks, Outils/compléments cocher puis dans l onglet inférieur Etude de mouvement 1, configurer. Appliquer une force de 4 N vers le haut sur la roue. Elle représente une réaction du sol sur la roue due au poids de la voiture. 17

18 D) Mesurer la distance entre les faces d appui du ressort hélicoïdal. L = 22,78 mm (Evaluer/mesurer) E) La réaction d un ressort suit la loi F [N] = k x [m] avec x le déplacement relatif des extrémités : x = ±(L-L 0 ) La raideur du ressort est donnée : k = 131 g/mm. On donne : Une masse m de 1 kg a un poids de 9,81 N. Calculer la raideur k = 1,285 N/mm. F) Supprimer de l assemblage et Activer la contrainte distance 6, ( ) puis l éditer pour la régler à 22,5 mm et y ajouter. 18

19 G) Renseigner les paramètres de simulation : H) Rechercher la valeur de la force dans l amortisseur : F = 6,4 N puis calculer la longueur libre L 0 du ressort : L 0 = 27,5 mm puis lancer les calculs : 19

20 I) Donner les forces dans les liaisons pivots correspondant aux contraintes coaxiales 29 et 30. F 29 = 2,74 N (en haut), F 30 = 4,9 N (en bas) J) Utiliser ces résultats pour compléter l isolement roue-moyeu soumis à 3 forces : 4N 20