T P DE TECHNOLOGIE. T Sciences de l Ingénieur DUREE : 2H00 PREAMBULE

Transcription

1 T P DE TECHNOLOGIE TPN 1 : PARTICULARITES DE LA TRANSMISSION DE PUISSANCE T Sciences de l Ingénieur DUREE : 2H00 PREAMBULE L effort de coupe nécessaire pour tailler une branche de 25mm de diamètre (capacité maxi de ce sécateur) a été déterminé expérimentalement : On désire, à travers une simulation informatique,vérifier la capacité du moteur à fournir un couple suffisant pour couper une branche de 25 mm. Puis dans un second temps, proposer des améliorations éventuelles liées à la conception de la transmission. Particularités de la transmission par came : 12 couteau mobile La pièce qui assure la transmission de puissance au couteau mobile est la came. PROFIL «a» PROFIL «b» 75 Cette came est constituée de 2 profils «a» et «b» consécutifs et actifs respectivement sur 75 et 12. On voit d après la courbe précédente que l effort de coupe nécessaire n est pas constant, ce qui laisse supposer que le moteur subira donc lui aussi des efforts variables liés à la position angulaire de la came. L étude qui suit permettra de mettre en évidence l influence des profils «a» et «b» de la came sur le couple moteur à fournir et les améliorations à envisager. TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

2 ETUDE DU PROFIL «a» DE LA CAME BUT : Mettre en place la cinématique du modèle virtuel qui permettra de simuler le fonctionnement du sécateur lorsque le profil «a» de la came sera actif (75 ).Tracer la courbe du COUPLE que devra développer le MOTEUR pour assurer la coupe (sur 75 uniquement). CREATION ET MISE EN MOUVEMENT DU MODELE VIRTUEL : 1) Chargement du fichier dessin «Solidworks» Copier le répertoire SECATEUR à aller chercher dans Poste de Travail\Public\SSI\... sur le Bureau Windows puis lancer le logiciel SOLIDWORKS Cliquer sur FICHIER puis OUVRIR le fichier \ SECATEUR \ Profil a. sldasm ( ne pas tenir compte des messages d erreur et confirmer ou accepter à chaque fois) 2) Mise en place des liaisons mécaniques sous «MECA3D» a) Transfert de Solidworks MECA 3D L assemblage «Profil a.sldasm» est à l écran : * Cliquer sur «Systeme de coordonnées» liaisons et observez l orientation des axes!! (sera utile pour mettre en place les liaisons) * Cliquer sur pour basculer sous MECA3d Le menu suivant apparaît : Cliquer sur pour visualiser les pièces transférées Compléter le graphe des liaisons en indiquant les liaisons manquantes :(voir vidéo sur site SSI) Came + Roue conique Galet Linéaire rectiligne (denture) Bâti Pignon Couteau +axe lame +axe galet TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

3 b) Création des liaisons manquantes : Cliquer sur le + de Liaisons pour visualiser les liaisons déjà créées. Ceux sont les liaisons ENCASTREMENT. Elles assurent le regroupement des pièces faisant partie d un même bloc cinématique (voir graphe des liaisons précédent). Ainsi que la liaison PIVOT 1 entre la Roue conique et Roulement 2 (lié au corps) (cliquer sur le + de cette liaison pour vérifier) Remarque : * Volontairement, les pièces qui apparaissent de la même couleur font partie du même bloc cinématique. * Les roues coniques dentées ont été remplacées (visuellement! ) par des roues coniques lisses afin de simplifier la mise en place des liaisons sous MECA3D. De ce fait, la liaison linéaire rectiligne entre les 2 roues coniques sera remplacée par une «liaison» ENGRENAGE CONIQUE : Créer les liaisons manquantes en fonction du graphe des liaisons établi précédemment La liaison «engrenage conique» est à créer aussi. Appeler le prof pour vérifier! 3) Mise en place des liaisons mécaniques sous «MECA3D» Cliquer sur ANALYSE (touche de droite) Sélectionner CALCULS MECANIQUES Introduire les conditions initiales après avoir complété l encadré ci-dessous : * On imposera comme liaison «motrice» : -la liaison entre le pignon lisse et réducteur (composante Rx et vitesse 150 tr/min ) ainsi que -la liaison entre le galet et le couteau ( avec une vitesse de rotation nulle pour des raisons liées uniquement au logiciel) imposera un galet fixe / couteau D après les données précédentes, la nomenclature et le plan d ensemble, calculer la vitesse de rotation de la roue lisse (came) par rapport au roulement 2 (=bâti fixe). Détailler. Sachant que la came effectue une rotation de 75 lorsque le profil «a» est actif ; En déduire la durée du mouvement de la came pour effectuer les 75 et compléter le menu CALCULS MECANIQUES: Détailler. On prendra un incrément donnant 1O POSITIONS. TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

4 Cliquer sur CALCUL puis FIN,une fois que toutes les conditions initiales seront installées et visualiser le fonctionnement à l aide du menu RESULTATS puis SIMULATION. Appeler le prof pour vérifier! Vérifier la vitesse de roration de la roue lisse(came) calculée auparavant. (menu RESULTATS) Préciser, à l aide du menu RESULTATS COURBE SIMPLE quel sera la valeur de l angle de rotation du couteau mobile lorsque la came aura parcourue 75. =. ETUDE DES EFFORTS Rappel : Nous cherchons à déterminer la valeur du couple que doit fournir le moteur (lorsque le profil «a» de la came est actif ) afin que le couteau mobile puisse développer l effort nécessaire à la coupe d une branche de 25 mm de diamètre (voir courbe du préambule). Hypothèses et données : * L ensemble isolé est le suivant : Cm Couple à fournir en sortie de réducteur Réducteur r = 1/72 = 0,88 Csr F1 Effort résistant de la branche à couper exercé sur le couteau mobile ( voir courbe du Préambule ) Z Y X * L effort résistant, de la branche à couper, exercé sur le couteau mobile sera modélisé sous MECA3D par un Effort Variable F1.( voir courbe du préambule de 0 à 75 ) Cet effort est déjà introduit dans le fichier «Profil a.sldasm» * Le couple à fournir en sortie de réducteur «Csr» et que nous recherchons sera modélisé sous MECA3D par un Couple Moteur Inconnu En utilisant le menu EFFORT de Méca3d, introduire le couple inconnu «Csr». ( la liaison PIVOT 2 «pigon lisse - réducteur» étant considérée comme motorisée ) Relancer le menu CALCULS MECANIQUES pour que le logiciel prenne en compte le couple Csr. TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

5 A l aide du menu RESULTATS COURBE SIMPLE visualiser la courbe du couple Csr que devra fournir l arbre de sortie de réducteur. Appeler le prof pour vérifier! Effectuer une sortie imprimante : * De la courbe «couple Csr en fonction du temps» * Du tableau des valeurs «couple Csr en fonction du temps» * Du tableau des valeurs «angle rotation came en fonction du temps» et créer un tableau «papier» de Csr en fonction de angle de rotation came : (à rendre avec le TP) TRACE DES COURBES TRACE DE LA COURBE «COUPLE MOTEUR CM - ANGLE DE ROT. CAME» : Nous avons obtenu, grâce à MECA3D, la courbe et les valeurs du couple à fournir en sortie de réducteur (Csr). * Ecrire la formule littérale qui permettra de calculer le couple moteur à fournir Cm en fonction des valeurs de Csr. (rapport de réduction du réducteur r =1/72 et rendement ) Rappel : Psr Pm Csr wsr Cm wm Formule : * Ajouter une colonne «Cm» au tableau des valeurs «Csr - temps» et calculer la valeur du couple Cm pour les 10 positions. (utiliser la formule précédente) TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

6 * Tracer ci-dessous la courbe du couple moteur Cm à fournir en fonction de l angle de rotation de came (limitée à 75 pour l instant). 0,1 Couple moteur Cm en fonction de la position angulaire de la c ame 0,09 Couple moteur à fournir Cm (Nm ) 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, profil «a» actif Angle de rotation de la came (Degré) ETUDE DU PROFIL «b» DE LA CAME BUT : Tracer complètement la courbe du couple que devra développer le moteur pour assurer la coupe totale (de 75 à 87 ). 1) Chargement du fichier dessin «Solidworks» Fermer le fichier «Profil a.sldasm» après l avoir sauvegarder sous votre nom. Charger le fichier \ SECATEUR \ Profil b. sldasm TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

7 2) Mise en place des liaisons mécaniques sous «MECA3D» Toutes les liaisons sont déjà mises en place! 3) Mise en place des efforts sous «MECA3D» L effort résistant, de la branche à couper, exercé sur le couteau mobile de 75 à 87 est déjà installé conformément à la courbe du préambule. Le couple inconnu à fournir en sortie de réducteur «Csr» de 75 à 87 est lui aussi déjà installé. 4) Mise en place des conditions initiales sous «MECA3D» Sachant que la came effectue une rotation de 12 lorsque le profil «b» est actif ; En déduire la durée du mouvement de la came pour effectuer les 12 et compléter le menu : On prendra un incrément donnant 5 POSITIONS. Effectuer une sortie imprimante : * De la courbe «couple Csr en fonction du temps» * Du tableau des valeurs «couple Csr en fonction du temps» * Du tableau des valeurs «angle rotation came en fonction du temps» * Ajouter une colonne «Cm» au tableau des valeurs «Csr - temps» et calculer la valeur du couple Cm pour les 5 positions. * Compléter la courbe du couple moteur Cm à fournir en fonction de l angle de rotation de came (de 75 à 87 ). INTERPRETATIONS DES RESULTATS BUT : Analyser la courbe du couple moteur à fournir en vue d une étude critique. A 75 degrés, on constate une brusque variation de couple sur la courbe ; * A quoi correspond «physiquement» sur le sécateur cette brusque variation?. * Le couple réel maxi que le moteur du sécateur peut fournir est Cm maxi = 0,08 Nm La coupe d une branche de diamètre 25mm sera-t-elle possible? Justifier. * Préciser les positions angulaires de la came pour lesquelles la coupe est possible. TP N 1 SECATEUR T- CI7-E

8 PROPOSITION D AMELIORATION Pour rendre la coupe possible, on se propose de modifier le profil de la came et de valider la modification en effectuant une nouvelle simulation du fonctionnement. Charger le fichier \ SECATEUR \ Modif Came Sécateur\ Sécateur. sldasm dans Solidworks 1) Modification n 1 envisagée Afin d atténuer le changement brusque entre les deux faces planes constituant le profil de la came, on envisage dans un premier temps de réaliser un congé de raccordement de rayon 10 mm entre les faces planes. - Dans l arbre de création de Solidworks, ouvrir le composant came.sldprt pour accéder à cette pièce - Éditer l Esquisse 1 de la première fonction Base-Extrusion - À l aide de l outil d esquisse Congé, réaliser le congé souhaité de rayon 10 mm - Quitter l esquisse puis fermer la pièce came sans enregistrer mais en acceptant la reconstruction de l assemblage - Ajouter la liaison came (galet sous-ensemble came) en procédant de la façon suivante: Cliquer avec le bouton droit sur Liaisons puis cliquer sur Ajouter. Dans la palette des liaisons disponibles, sélectionner Came Sélectionner les deux pièces de la liaison en commençant obligatoirement par le galet Enfin, le Mode de définition des données étant Par objets, il faudra, dans la zone graphique, cliquer tout en appuyant sur la touche Ctrl, sur chacune des surfaces en contact dans la liaison (un drapeau vert placé devant chaque objet signale une définition correcte des données de la liaison). Pour notre cas, il faut obligatoirement commencer par la surface cylindrique du galet, puis sélectionner successivement les deux faces planes de la came en contact avec le galet durant le mouvement. Ne pas hésiter à orienter le mécanisme au mieux et à utiliser le zoom. Cocher l option Centre de liaison au point de contact. 2) Validation de la modification - Basculer sur MECA3D puis entrer une vitesse de 50tr/min pour la Pivot1 (bâti-came) et une vitesse nulle pour la Pivot2 entre galet et lame. - Lancer la simulation pour 46 positions et une durée de 0,3s. - Visualiser la courbe représentant la norme du couple sur la came en fonction de l angle de rotation de celle-ci. - Appeler le professeur pour valider votre travail 3) Modification n 2 envisagée - En suivant la démarche précédente (modification du profil de la came, réalisation des calculs, visualisation de la courbe représentant la norme du couple sur la came en fonction de l angle de rotation de celle-ci), déterminer un profil de came susceptible de répondre à l objectif visé - Appeler le professeur pour valider votre travail puis effectuer une sortie imprimante de l esquisse modifiée et cotée de la came donnant satisfaction ainsi que de la courbe correspondante représentant la norme du couple sur la came en fonction de l angle de rotation de celle-ci. TP N 1 SECATEUR T- CI7-E