CORDEUSE DE RAQUETTE

Transcription

1 CORDEUSE DE RAQUETTE ETUDE CINEMATIQUE Lycée Saint-Louis -1-44, Bd St-Michel PARIS VI

2 0. Objectifs du TP Documents à disposition - le dossier d étude (disponible ci-après) comprend les activités à mener pendant la durée de cette séance de travaux pratiques - le dossier ressource comprend l ensemble des données disponibles sur les éléments (moteurs, capteurs, etc.) de tout ou partie des chaînes fonctionnelles présentes sur ce système - le dossier technique comprend des données utiles pour les mesures via le logiciel et les interfaces électroniques associées au TP Présentation de l activité Secteur d activité du matériel étudié dans ce TP : équipement sportif, système de réglage des éléments de jeu Support : maquette SP55, composé d une cordeuse de raquette instrumentée et mécanisme de tension démonté (Valise mécanique) Thème : analyse fonctionnelle, modélisation cinématique. Références au programme : analyse fonctionnelle, structure du système, analyse géométrique et analyse cinématique, degré de mobilité et degré de d hyperstatisme d'un mécanisme. Le triptyque proposé ci-après montre les trois domaines d étude d un système. Valide DOMAINE INDUSTRIE Valide Adapte DOMAINE DU LABORATOIR Valider Valider Performances mesurées sur les matériels instrumentés du laboratoire OBJECTIF CLIENT Valide Modéliser Modéliser DOMAINE DE LA SIMULATION Performances estimées par simulation ou par calcul Lycée Saint-Louis -2-44, Bd St-Michel PARIS VI

3 Les objectifs des activités proposées ci-après sont : De valider le modèle proposé De valider les performances du modèle proposé par rapport à celles du système du laboratoire De valider les performances du système par rapport aux performances attendu du système réel. 1. Présentation du système (45 minutes maximum) 1.1. Évocation du problème (le besoin) Le diagramme des prestations ci-dessous (parfois appelé «bête à cornes») permet de décrire le besoin d une dire robot industriel dans un contexte bien précis : Joueur Raquette Cordeuse de raquette Aider à corder une raquette 1.2. Présentation de l'objet technique réel en situation d usage. Consulter la documentation technique Fichier doc technique.doc disponible sur le réseau, dans le dossier ressource (COMMUN\RESSOURCES\SII\Travaux Pratiques\...) Prendre connaissance du fichier résumé sur les outils de l analyse fonctionnelle et sur la structure des chaînes fonctionnelles Fichier Outils de l analyse fonctionnelle.pps disponible sur le réseau, dans le dossier ressource (RESSOURCES\SII\Travaux Pratiques\Outils de l'analyse fonctionnelle) Lycée Saint-Louis -3-44, Bd St-Michel PARIS VI

4 1.3. Observation du matériel instrumenté en fonctionnement. Partie opérative (chaîne d action de la cordeuse) L'architecture de la partie opérative est constituée d'un moteur électrique à courant continu, d'un réducteur, et d'un système de transformation de mouvement pignon-chaîne. Le carter du moteur est fixé sur le bâti et son axe entraîne, via le réducteur et le système pignon-chaîne, le chariot et le mort de tirage. Un capteur permet de mesurer la tension dans la chaîne. Partie commande En fonction des informations de tension dans la chaîne, un calculateur détermine la consigne de couple que doit fournir le moteur. Mise en route du système étudié Mettre le système en route : mettre le matériel sous tension (l interrupteur, de couleur rouge, est situé sur le côté droit de la cordeuse) mettre le rack sous tension (l interrupteur, de couleur noire, est situé derrière le rack) lancer le logiciel en cliquant sur l icône correspondant situé dans le menu démarrer... Les manipulations peuvent maintenant commencer. ACTIVITÉ 1 L objectif de cette manipulation est d observer la méthode utilisée pour tendre un brin et le maintenir. Réaliser pour cela les opérations suivantes : vérifier que la corde est attachée à l anneau du capteur d effort faire pivoter le cadre de façon à mettre l extrémité de la corde fixée sur le capteur d effort à l opposé du pupitre puis passer la corde fixée sur le capteur d effort dans un œillet de la grille opposée et la ramener vers le mors de tirage fixer la corde sur le mors de tirage (en l engageant dans la fente médiane ) mettre la machine sous tension (bouton à l arrière, à droite du pupitre) programmer un effort dans la corde de 25 kgf (kg force) sur le pupitre, ce qui correspond à un effort (en N) de F = 25 x 9,81 = 245,25 N appuyer légèrement sur le bouton poussoir (au dessus du pupitre) pour mettre en tension la corde (l appui trop ferme bloque le bouton, ce qui est absolument à éviter) observer le léger mouvement alternatif du mors de tirage lorsque la corde est tendue déplacer la pince la plus proche de la corde au voisinage de la corde et au plus près possible du pupitre puis serrer le brin de corde tendu à l aide de cette pince appuyer à nouveau sur le bouton poussoir pour relâcher l effort observer le léger pivotement de la pince lors de l opération précédente Quelles sont les conséquences du léger pivotement de la pince sur la valeur de la tension dans la corde lorsqu on relâche la traction du mors sur la corde? Lycée Saint-Louis -4-44, Bd St-Michel PARIS VI

5 Quelle est la manipulation que l utilisateur doit effectuer pour limiter ce pivotement et donc la variation de tension qui en résulte? Si nécessaire, faire une manipulation de validation de votre conclusion. Remarque : une étude de la technologie de la commande permet de montrer que le léger mouvement alternatif observé vient pour une petite part de l élasticité de la corde et pour une grande part de la commande cyclique du variateur de commande à deux quadrants (de type hacheur : voir le cours de sciences physiques) : on observe en effet quasiment la même période d oscillation quelle que soit la raideur de la corde. ACTIVITÉ 2 Question subsidiaire (ne pas y passer trop de temps) On pourrait vérifier que, après plusieurs enroulement dans les œillets du cadre de raquette, on a des tensions légèrement différentes dans les différents brins du cordage : quels sont les principaux facteurs qui influencent cette dispersion? Comment le constructeur a-t-il limité cette dispersion? ACTIVITÉ 3 Installer une corde dans le mors, mettre la corde en tension (mettre une tension suffisante, par exemple 25 kgf comme précédemment) puis valider qu elle est tendue (il suffit de la toucher!). Éteindre la cordeuse : que remarque-t-on? Nous verrons plus tard quel élément technologique permet cet effet. L objectif est maintenant de mesurer la tension effective dans le brin tendu. On utilisera pour cela la chaîne de mesure installée sur la station : capteurs, acquisition par la carte du boîtier, traitement et affichage par l ordinateur via le logiciel de traitement. ACTIVITÉ 4 Réaliser pour cela les opérations suivantes après avoir préparé la mesure comme précédemment : appuyer sur le bouton «Départ mesure» situé sur tableau de bord du boîtier blanc (bouton poussoir noir), ce qui déclenche la mesure (durée : 10 s) puis appuyer sur le bouton poussoir (au dessus du pupitre) pour mettre en tension la corde réaliser rapidement (en moins de 5 à 7 s : il ne faut pas atteindre la fin de l acquisition) la manipulation précédente, c est-à-dire maintenir le brin de corde tendu à l aide d une pince en la disposant au plus près du cadre du coté du mors de tirage appuyer à nouveau sur le bouton poussoir pour relâcher la tension (il faut avoir appuyé sur ce bouton avant la fin de la période de 10 s, sinon recommencer l essai). importer les résultats Les résultats des mesures sont disponibles pour une exploitation par le logiciel. Parmi tous les paramètres obtenus par mesure, on souhaite afficher la courbe représentant l effort effectif dans la corde en fonction du temps : revenir à la page d accueil du logiciel puis sélectionner le bouton [Courbes] Lycée Saint-Louis -5-44, Bd St-Michel PARIS VI

6 choisir le bouton [Abscisse] puis désigner l icône représentant le temps choisir le bouton [Ordonnée] puis désigner l icône représentant l effort effectif dans la corde sélectionner le numéro de la mesure puis sélectionner l option [Tracer] Analyser la courbe fournie et expliquer physiquement les trois phases constatées. On s attachera particulièrement à l analyse des évolutions globales et aux fluctuations cycliques observées. Vérifier en particulier les tensions avant et après la mise en place de la pince et celles avant et après relâchement de l action de traction par le mors. Le cahier des charges impose une perte de tension maximale de 15 % après fixation sur la pince : est-elle respectée? Conclusion. Comparer la tension mesurée par le capteur propre de la machine (ressort de compression + potentiomètre linéaire : voir le mécanisme de tension de la corde) et celle mesurée par le capteur d effort sur lequel est fixée la corde : conclure sur les raisons de la différence observée. Défaire la corde fixée dans la pince et refaire deux mesures dans les mêmes conditions que précédemment (ces mesures doivent être faites par chacun des deux membres du binôme). Le cahier des charges impose une fidélité meilleure que 10 % : la cordeuse est-elle fidèle? est-elle précise? Conclusion Analyse fonctionnelle de la cordeuse La cordeuse de raquette en situation d usage (dans un club de tennis) ACTIVITÉ 5 Réaliser le diagramme S.A.D.T. du niveau A-0 du système «cordeuse de raquette en situation d usage». Préciser la frontière d isolement et mettre en évidence la typologie des entrées, sorties et contrôles de ce système. Que deviendrait cette analyse si on englobait dans la frontière d isolement l opérateur réalisant le cordage? Conclusion Le matériel instrumenté, support de l étude ACTIVITÉ 6 Réaliser le diagramme S.A.D.T. du niveau A-0 du système «cordeuse de raquette en situation d étude en laboratoire». Préciser la frontière d isolement et mettre en évidence la typologie des entrées, sorties et contrôles de ce système. Que deviendrait cette analyse si on vous englobait dans la frontière d isolement? Conclusion Comparaison réalité (système utilisé en club) / système instrumenté (système instrumenté utilisé dans le laboratoire) L extraction puis la mise sur banc du système va permettre son étude. Lycée Saint-Louis -6-44, Bd St-Michel PARIS VI

7 On peut cependant se demander quelle seront les conclusions possibles sur un tel système, en comparaison de ce qu on obtiendrait sur le système en situation d usage. ACTIVITÉ 7 Lors de mise en tension d une corde, comment évolue la tension dans la corde si on prend en compte la déformation du cadre et la présence d autres cordes? Conclure quant à la cohérence et aux limites de la «réduction» réel instrumenté. 2. Etude du mécanisme de tension 2.1. Modélisation ACTIVITÉ 8 Réaliser le démontage du Mécanisme de tension. Pour l instant le moto réducteur sera désaccouplé du reste du mécanisme sans être démonté davantage. Des précautions seront prises pour pouvoir remonter l ensemble à la fin du TP. Préciser de façon succincte le fonctionnement du mécanisme à partir du moment où, la tension de corde étant programmée, l utilisateur appuie sur le bouton de mise en marche de la machine à corder. Réaliser le schéma cinématique minimal du mécanisme de tension sans le motoréducteur ni le mors de tirage. Réaliser le schéma cinématique minimal du moto réducteur. Expliquer l'intérêt de ce mécanisme à une vis sans fin et deux roues Donner une méthode pour déterminer la relation entre la vitesse de rotation du moteur et la vitesse de translation du chariot. Est-il possible de vérifier cette relation en effectuant une mesure sur la maquette. Identifier sur la maquette les capteurs qui permettent d'obtenir ces mesures. La modélisation de chacune des liaisons sera explicitée clairement et justifiée à partir de critère concrets : nature des contacts, valeur des jeux, longueur de guidage,.. 3. Etude de la liaison chariot bâti 3.1. Modélisation ACTIVITÉ 9 Proposer une modélisation plus fine de la liaison en faisant apparaître les différentes zones de contact entre les deux ensembles. Lycée Saint-Louis -7-44, Bd St-Michel PARIS VI

8 Représenter le schéma cinématique associé. Donner l ordre de grandeur du jeu radial et du rotulage dans la liaison entre le chariot et la tige cylindrique supérieure. Conclure. Identifier les éléments normalisés de guidage. Quel est leur rôle? En utilisant la méthode des torseurs cinématiques, déterminer la liaison équivalente somme en parallèle des liaisons précédemment identifiés. Lors d'une somme de liaisons en parallèle, il est logique de penser que les degrés de liberté supprimés par la liaison équivalente (N s ) est la somme des degrés de liberté supprimés par chaque liaisons (ΣN si ). L'éventuelle différence (ΣN si - N s ) correspond au degré d'hyperstatisme du mécanisme ou de la liaison équivalente. ACTIVITÉ 10 Dénombrer les degrés de liberté supprimés par la liaison équivalente et par chacune des liaisons qui la compose. Calculer l'éventuel degré d'hyperstatisme. Le degré d'hyperstatisme trouvé précédemment dépend de la modélisation réalisée. En tenant compte des dimensions et des jeux étudiés au début de l'activité 9, proposer d'autres modélisations possibles pour les liaisons. Refaire l'étude (liaison équivalente, hyperstatisme). Conclure Lycée Saint-Louis -8-44, Bd St-Michel PARIS VI