DOSSIER TECHNIQUE. DUCHAMP Thomas. Stabilisateur pour véhicule deux roues.

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1 DOSSIER 2013 TECHNIQUE Stabilisateur pour véhicule deux roues.

2 Sommaire : 1. Présentation du projet 2. Etude du cahier des charges 3. Recherche de solution 4. Etude de solution permettant une liaison glissière 5. Recherche du centre de gravité du vélo 6. Echec d une solution 7. Solution finale 1. Présentation du projet : Mon projet est de créer un stabilisateur pour vélo. Nous nous sommes servis du vélo à assistance électrique ISD 601. Cette béquille a pour intérêt de venir en aide aux personnes lors d un arrêt de leur vélo. Elle permet à l utilisateur de ne pas avoir besoin de poser ses pieds au sol pour garder l équilibre. De plus, dans le cahier des charges donné, la béquille doit être électrique et fonctionner à l aide d un bouton. Notre problématique était donc : «Comment créer un stabilisateur électrique pour un vélo?» 2

3 2. Etude du cahier des charges : Pour commencer nous avons étudié le cahier des charges de différentes façons. Pour ma part, je l ai étudié en créant un diagramme des utilisateurs. Ce diagramme sert à voir (intérieur du rectangle) les différents critères à respecter pour concevoir le produit. Ces critères sont mis dans un rectangle qui représente le produit. Autour de ce produit on place les différents éléments qui sont prises en compte et qui agissent sur le produit, et on les relie avec les différents critères. Stabilisateur Démontable et adaptable sur plusieurs vélo et/ou deux roues Vélo Stabilité du vélo par rapport à la route Route Ne pas gêner l utilisation et le fonctionnement Utilisateur Sécurité de l individu par rapport aux autres personnes Automatisation du fonctionnement Commande Simplicité de déclenchement Ce diagramme est très important et doit être respecté tout au long du projet, car il traduit en partie le cahier des charges. 3

4 3. Recherche de solution : Pour commencer notre recherche de solution chaque membre du groupe avait pour tâche d imaginer une solution pour répondre à notre problématique. Voici ma solution : tout d abord représentée sous forme de schéma sur Paint. Mon idée était de placer une roulette de part et d autre du vélo. Cette solution venait se fixer sur l axe de la roue arrière : un ressort venant appuyer sur une barre métallique, où au bout était fixée la roulette, permettait à la roulette de rester plaquée au sol. Un moteur permettait de comprimer le ressort, et ainsi de remonter la béquille. Dans un second temps, ma solution représentée sous forme d un schéma cinématique : - en noir, l ensemble du vélo (considérer comme support pour les autres éléments du système), - en bleu, la barre métallique relié au vélo, à la roulette, et au ressort, - en vert, la roulette reliée par une liaison pivot à la barre métallique, - en rouge, le ressort relié par une liaison rotule, la même qui le relie au vélo. Conclusion : Cette solution n a pas été retenue par l ensemble du groupe, car le problème qui se posait était le maintien de la roulette dans sa position haute. Il fallait comprimer un ressort et donc faire fonctionner le moteur en permanence ce qui crée une consommation importante d énergie et une chauffe du moteur. Ainsi ce dernier aurait fini par griller. Un système de blocage aurait pu être envisagé sur cette solution. 4

5 4. Etude de solution permettant une liaison glissière : Pour la réalisation de notre solution finale nous avions besoin de trouver des solutions pour empêcher le système d avoir une rotation. J ai pu trouver les deux solutions suivantes : - La première solution fut de créer une liaison pivot grâce à une crémaillère et à un support rectangulaire. Le problème fut l hyperstatique, car il y avait énormément de frottement exercer sur les côtés de la crémaillère. J ai donc pensé à insérer des billes le long de deux côtés de la solution. Conclusion : Cela était trop couteux et trop compliqué à réaliser. Cette étude ne fut donc pas retenue. - La deuxième solution fut d empêcher la rotation grâce à deux liaisons pivot-glissantes ajoutées. On obtient alors une seule liaison glissière. J ai trouvé un léger problème à cette solution : l ensemble des axes doit être parfaitement aligné pour que le système ne soit pas hyperstatique. Conclusion : Cette réalisation mécanique est impossible à notre niveau, mais nous nous sommes servi de cette solution technique pour notre solution finale en trouvant comment résoudre ce problème. 5

6 5. Recherche du centre de gravité du vélo : Pour déterminer le poids du vélo j ai tout d abord pesé une personne seule. Puis cette personne a porté le vélo, et est montée sur la balance. J ai alors trouvé une masse de 41 kg soit un poids de 402N. Balance Balance P1 roue arrière 1 Planche de bois Planche de bois Pour déterminer la distance horizontale à laquelle est le centre de gravité par rapport à l axe de la roue arrière, j ai posé la roue arrière sur une balance, et pour que le vélo soit parfaitement à l horizontal, j ai mis une cale égale à l épaisseur de la balance sous la roue avant. J ai pu relevé une masse de 18 kg soit un poids de 177 N. J ai reproduit la même chose pour l avant du vélo et j ai pu lire une masse de 23 kg soit un poids de 225N. Mes mesures ont pu être confirmées car elles sont identiques : 225 N N = 402 N L Grâce à de la documentation trouvée sur internet, j ai utilisé la formule suivante pour déterminer la distance horizontale. P1 ar P1 av J ai calculé L : P E = 1.25 m Nous savons donc maintenant que le centre de gravité se situe à une distance de 550 mm à l horizontale de l axe de la roue arrière. 6

7 P2 roue avant Balance Pour déterminer la distance verticale à laquelle on trouve le centre de gravité, par rapport à l axe de la roue arrière, j ai posé la roue arrière sur une balance et la roue avant sur un tabouret avec la même épaisseur de bois que l épaisseur de la balance. Ce qui m a donné un écart de 54 cm entre les roues. La balance indiquait une masse de 26 kg soit 255 N. Planche de bois Tabouret Planche de bois J ai reproduit la même expérience en échangeant la balance et l épaisseur de bois, pour garder un écart identique entre les deux expériences. J ai pu alors lire une masse de 15 kg soit 147 N. P2 roue arrière Grâce à de la documentation trouvée sur internet nous avons pu trouver la formule permettant de déterminer la distance verticale à laquelle est le centre de gravité : Balance Tabouret - Calcul de l angle α : = L ᶿ α P h h : - Pour α égale à 25, calcul de 2 P2 roue arrière 1 Cette recherche nous a servi pour différentes études, comme par exemple la force exercée sur la roulette. 7

8 6. Echec d une solution : Notre recherche avait donc aboutit à cette solution : Pour cette solution j ai réalisé la partie arrière (voir photo), à l aide de Solidworks. Pour avoir une idée de la pièce je l ai ensuite prototypé à l aide de l imprimante Uprint 3D disponible dans mon lycée. Elle a prototypé cette pièce en ABS. Mais notre solution c est avérée être un échec car nous avions un problème de réversibilité du système. C est-à-dire que lorsque l on venait à prendre appuis sur la béquille celle-ci remontait. Nous avons donc dû garder certaines de nos idées et résoudre ce problème, ce qui nous a pris du temps. 8

9 7. Solution finale : Mon rôle dans la solution finale était le même que le précédent : trouver un moyen d attacher notre solution au vélo. Dans le cahier des charges il était précisé que l on devait pouvoir attacher notre solution sans aucune modification du vélo (pas de perçage ou autre). J ai cherché tout en sachant que notre solution devait être à l arrière du vélo pour des raisons de sécurité. En effet, en plaçant notre solution sur la roue avant (c est dire sur la fourche), lorsque le vélo serait en appuis sur la roulette le guidon tournerait, et l utilisateur tomberait. L emplacement le plus adapté que j ai trouvé est celui-ci : J ai choisi trois des perçages déjà existants car ils sont de même diamètre, et on peut donc venir y insérer les mêmes vis et écrous. Ils sont aussi suffisamment espacés pour permettre une certaine stabilité. 9

10 A l aide d un pied à coulisse j ai mesuré et trouvé 6 mm de diamètre pour ces perçages. J ai donc décidé d utiliser des vis HC M6 à filetage réduit, d une longueur de 25mm (tête comprise). Son filetage s étend sur 18 mm, ce qui nous suffit dans notre cas, car la pièce et les trous sur le vélo ne sont pas taraudés. De plus, la longueur est suffisante pour ne pas gêner la roue du vélo. Par la suite j ai mené une étude pour déterminer le matériau dans lequel réaliser ma solution. Pour cela je me suis servi du logiciel simulation Xpress disponible avec Solidworks. J ai essayé pour deux types de matériaux : - L acier inoxydable : On peut voir que la pièce n a aucune contrainte, car ce matériau absorbe l ensemble des contraintes mécaniques, qui sont le poids de la solution et/ou l appui de l utilisateur sur la béquille. Ces contraintes exercent une compression de la pièce qui tendra vers un flambage. Il résiste de plus normalement aux intempéries ce qui est important pour un vélo. L acier inoxydable à une masse supérieure à l aluminium (8020 kg/m 3 ), mais le poids de la pièce n aura aucun impact sur la solution étant donné qu il est attaché directement au vélo. Cependant l acier inoxydable a une empreinte carbone bien inférieure à celle de l aluminium (4.73 kg de CO2/kg). Je prendrai donc l acier inoxydable pour réaliser ma pièce car son impact sur l environnement est inférieur à l autre matériau. - L aluminium : On peut voir que la pièce est légèrement plus contrainte que précédemment pour une même compression. Mais cela reste assez tolérable et la pièce résistera aux contraintes mécaniques, et très bien aux intempéries. Malgré que sa masse soit bien inférieure à celle de l acier inoxydable (2700kg/m 3 ), le poids de la pièce, tout comme précédemment, n a aucun impact sur la solution. Son empreinte carbone est largement supérieure à l acier inoxydable (13.4 kg de CO 2 /kg), c est pourquoi je n ai pas retenu l aluminium. 10