BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électonique Session 2007 Étude des systèmes techniques industiels AUTOMATISME DE PORTE DE GARAGE Patie constuction mécanique Duée conseillée 1h30 Lectue du sujet Patie I et II Patie III Patie IV : 5mn : 10mn : 30mn : 45mn Tout document intedit Calculatice à fonctionnement autonome autoisée (ciculaie 99-186 du 16/11/99) Cette patie contient : - Questions et documents éponse : BR1 à BR6 - Documentation : BAN1 à BAN3
BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électonique Session 2007 Étude des systèmes techniques industiels AUTOMATISME DE PORTE DE GARAGE Patie constuction mécanique - Questions et documents éponse : BR1 à BR6
I. OBJECTIF DE L ÉTUDE Dans la patie constuction mécanique, on se popose d étudie le système mécanique assuant la tansmission de puissance ente le moteu à couant continu étudié dans la patie électonique et la pote de gaage à manœuve. II. DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT Voi schéma de pincipe de la documentation page BAN1. Dans toute la suite de l étude, le fonctionnement est étudié los du levage de la pote de gaage. À l intéieu du boîtie de motoisation, le moteu à couant continu est accouplé à un éducteu à oue et vis sans fin pou fome un motoéducteu. Une oue dentée est liée complètement à l axe de sotie du éducteu. La oue dentée entaîne une chaîne (guidée dans le boîtie pincipal de pat et d aute de la oue). L extémité gauche de la chaîne est liée complètement à un coulisseau guidé en tanslation dans un ail de guidage pofilé (assemblé en plusieus paties). Le coulisseau est elié à la patie supéieue de la pote de gaage pa l intemédiaie d une bae coudée et aticulée su la pote et le coulisseau, pemettant ainsi le levage de la pote losque le coulisseau se déplace (le mouvement de la pote ne sea pas étudié). Remaques : - L extémité doite de la chaîne vient pogessivement se loge los du levage dans une éseve en colimaçon du boîtie pincipal. - Le coulisseau peut ête désolidaisé de la chaîne à tout moment à l aide d une poignée de déveouillage et ende ainsi la pote libe afin d ête manœuvée manuellement. ATTENTION Dans les questions nécessitant un calcul, on fea bien appaaîte le détail du calcul conduisant au ésultat numéique. III. ÉTUDE DE LA TRANSMISSION DE PUISSANCE On souhaite véifie dans cette patie cetains citèes de vitesse et de puissance concenant la chaîne de tansmission de puissance. Données généales La chaîne de tansmission de puissance ente le moteu et la pote à eleve peut ête schématisée de la façon suivante : Rendement Rendement Rendement η 3 = 0,74 η 1 = 0,68 η 2 = 0,9 Moteu à Système de couant Pe Réducteu Système P1 P2 guidage et de Ps oue et vis continu sans fin ω e ω 1 d entaînement pa oue et chaîne tansfomation de mouvement (chaiot, bae coudée et guidages de la pote) Pe : puissance disponible à la sotie du moteu P1 : puissance disponible à la sotie du éducteu P2 : puissance disponible à la sotie du système oue et chaîne Ps : puissance disponible à la sotie du système de guidage et de tansfomation de mouvement, utilisée pou le levage de la pote V Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique questions et documents éponse BR1/6
Véification de la vitesse de tanslation du coulisseau Objectif de l étude : La vitesse maximale souhaitée pou la vitesse de tanslation du coulisseau est : V = 18cm/s. Cette vitesse du coulisseau pemet d obteni un temps d ouvetue elativement cout associé à une vitesse à l extémité de la pote qui este dans les citèes de sécuité. On souhaite véifie que les éléments de la tansmission de puissance pemettent d obteni cette vitesse. Détemination de la vitesse angulaie ω 1 à la sotie du éducteu Données : - la vitesse de otation maximale du moteu est : Ne = 4850t.min -1 - le nombe de filets de la vis du éducteu est : 1 - le nombe de dents de la oue du éducteu est : 58 ω 1 Questions : ω e 1) Calcule la vitesse angulaie maximale du moteu ω e en ad.s -1. 2) Calcule la vitesse angulaie ω 1 (en ad.s -1 ) à la sotie du éducteu. Détemination de la vitesse de tanslation de la chaîne Données : - quel que soit le ésultat touvé pécédemment on penda ω 1 = 8,8ad.s -1 - le diamète pimitif de la oue dentée est d = 41,1mm V Diamète pimitif d = 41,1mm ω 1 Question : 3) Calcule la vitesse de tanslation V de la chaîne en mm.s -1 puis en cm.s -1 Véification de la puissance du moteu Objectif : La puissance maximale nécessaie pou souleve la pote est Ps = 90W. On souhaite véifie que le moteu choisi (Puissance utile maximale = 200W) convient pou éponde à ce citèe. Données : Voi les données généales concenant les endements dans la chaîne de tansmission de puissance ente le moteu et la pote à eleve. Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique questions et documents éponse BR2/6
Questions : 4) Calcule le endement global η de la chaîne de tansmission de puissance. 5) Calcule la puissance Pe que doit founi le moteu pou obteni à la sotie du système une puissance de levage Ps = 90W. IV. ÉTUDE DU SYSTÈME DE DÉVERROUILLAGE Objectif de l étude : On souhaite analyse le fonctionnement du système pemettant de désolidaise le coulisseau de la chaîne, endant la pote libe afin d ête manœuvée manuellement (voi le fonctionnement du système) ; on souhaite notamment calcule l effot que l utilisateu aua à founi pou manœuve la poignée de déveouillage. Le système de déveouillage est epésenté su les dessins en pespective de la documentation pages BAN2 et BAN3. Fonctionnement : Le système de déveouillage du coulisseau est constitué d une bae d accoche, d un doigt étactable et d une poignée de déveouillage. La bae d accoche est liée complètement à son extémité doite à la chaîne d entaînement. La bae est liée au coulisseau pa l intemédiaie d un doigt étactable. Ce doigt étactable se loge dans sa patie supéieue à l intéieu d une encoche de la bae et dans sa patie inféieue dans un tou du coulisseau. C est donc pa l intemédiaie du doigt que l effot de taction de la chaîne su la bae d accoche est tansmis au coulisseau. La poignée est aticulée à l extémité du doigt pa l intemédiaie d un axe et pend appui à gauche su le coulisseau. En manœuvant la poignée de déveouillage, le doigt est entaîné pa l intemédiaie de l axe, et coulisse ves le bas dans le coulisseau jusqu à ête dégagé de la bae d accoche ; le coulisseau est ainsi libéé de la bae d accoche et la pote peut ête manœuvée manuellement. On emaque que le doigt possède deux ailettes défomables ; ces ailettes font office de essots de appel en se défomant, pemettant au doigt de emonte losque l on elâche la poignée. Pou ende solidaie de nouveau le coulisseau et la bae d accoche il suffit de déplace le coulisseau jusqu à la bae (en manœuvant la pote) ; le doigt emonte le long de la pente de la bae jusqu à ce qu il s enclenche dans l encoche centale. Questions : Schématisation 6) Caactéise la liaison ente la poignée et le doigt? Donne le symbole en pespective de cette liaison suivant l oientation des dessins de la documentation page BAN2. 7) Caactéise (nom, axe) la liaison ente le coulisseau et le ail de guidage? Donne le symbole en pespective de cette liaison suivant l oientation des dessins de la documentation page BAN2. Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique questions et documents éponse BR3/6
Question : Objectif : Dessin du doigt 8) Su la page BR6, à pati du dessin en pojection du doigt, on demande de compléte à main levée, dans le espect des fomes et popotions, la pespective déjà ébauchée du doigt. Détemination des effots su la poignée Détemine l effot maximal que l opéateu doit exece su la poignée pou déveouille le coulisseau. Données et hypothèses : L action de l opéateu sea maximale losque la poignée pend la position de la figue cidessous ; la poignée est en équilibe dans la position de la figue. y F On donne dans le 2 O x epèe othonomal F A B Suppot de 1 d 2 = 8,5mm Suppot de F 3 d 3 = 48mm Le poblème de statique peut ête amené à un poblème plan dans le plan ( O, x, y) C diect ( O, x, y, z) les coodonnées en mm des vecteus cidessous: 8,5 AB = 13 0 48 AC = 78 Les actions mécaniques s exeçant su la poignée peuvent ête modélisées pa tois foces : F - la foce 1 due au contact avec le coulisseau, appliquée au point A, supposée veticale (suivant ) y - la foce F 2, entièement connue, due au contact avec le doigt étactable, appliquée au point B, supposée veticale, de nome 120N et diigée ves le haut. - la foce F 3 due à l opéateu, appliquée au point C, supposée veticale. Remaque : le poids de la poignée est négligé devant les autes foces. 0 Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique questions et documents éponse BR4/6
Questions : 9) Calcule les moments des tois foces pa appot au point A : - calcul de MA( F1), - calcul de MA( F 2), - calcul de MA( F 3). Remaque : on poua utilise pou calcule les moments, - la fomule du bas de levie : moment = ± nome de la foce X distance d (du point A à la foce et othogonale à la diection de la foce), tous les vecteus moments étant oientés suivant z (calcul conseillé), ou - le calcul avec le poduit vectoiel. 10) En appliquant le pincipe fondamental de la statique à l équilibe de la poignée, écie au point A l équation vectoielle déduite du théoème des moments. 11) À pati de l équation pécédente écie l équation en pojection su l axe F. détemine la nome de la foce 3 z et Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique questions et documents éponse BR5/6
Dessin du doigt à l'échelle 2 : 1 Dessin du doigt en pespective isométique Bac STI G. Électonique Patie constuction mécanique Étude des systèmes techniques industiels questions et documents éponse BR6/6
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Coulisseau Chaîne Suspente Rail de guidage Pote de gaage (guidage non epésenté) Poignée de déveouillage Bae coudée Boîtie de la motoisation Réducteu Moteu Axe du éducteu Chaîne Rail de guidage Roue dentée Résevoi en colimaçon Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique documentation BAN1/3
Rail de guidage (tonçon) (alliage d aluminium) Bae d accoche (plastique) Chaîne (acie) y z x Coulisseau (plastique) Poignée de déveouillage (plastique) Vue en coupe Ailette défomable du doigt (plastique) Doigt (plastique) coupé Axe d aticulation doigt/poignée (acie) Le cente de l aticulation est le point B Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique documentation BAN2/3
Bae d accoche Coulisseau Poignée de déveouillage Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Patie constuction mécanique documentation BAN3/3
BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électonique Session 2007 Étude des systèmes techniques industiels AUTOMATISME DE PORTE DE GARAGE CORRIGÉ Patie constuction mécanique
CORRIGÉ Poposition de baème /20 I. OBJET DE L ÉTUDE II. FONCTIONNEMENT III. ÉTUDE DE LA TRANSMISSION DE PUISSANCE III.1. Véification de la vitesse de tanslation du coulisseau III.1.1. Détemination de la vitesse angulaie ω 1 à la sotie du éducteu Questions : Convesion d unité : calcule la vitesse angulaie maximale du moteu ω e en ad.s -1 π. Ne π.4850 ω e = = 30 30 ω e = 507,9ad.s -1 /1 Calcule la vitesse angulaie ω 1 (en ad.s -1 ) à la sotie du éducteu ω 1 = ωe = 58 507,9 58 ω 1 = 8,757ad.s -1 /1 III.1.2. Détemination de la vitesse de tanslation de la chaîne Question : Calcule la vitesse de tanslation V de la chaîne en en mm.s -1 puis en cm.s -1 /1 V = d 41,1 1. R = ω1. = 8,8. 2 2 ω. V = 180,84mm.s -1 V = 18,08cm.s -1 /0,5 III.2. Véification de la puissance du moteu Question Calcule le endement global η de la chaîne de tansmission de puissance η = η1 η2 η3 = 0,68 0,9 0,74 η = 0,45288 /1 Calcule la puissance Pe que doit founi le moteu pou obteni à la sotie du système une puissance de levage Ps = 90W. Ps Pe = η = 90 0,45288 Pe = 198,73W /1 Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Coigé constuction mécanique Bco1/3
IV. ÉTUDE DU SYST. DE DEVERROUILLAGE IV.1. Schématisation Questions : Caactéise la liaison ente la poignée et le doigt? Donne le symbole en pespective de cette liaison suivant l oientation des dessins de la page BAN2 Liaison PIVOT d axe ( B, z ) CORRIGÉ /1,5 Caactéise (nom, ) la liaison ente le coulisseau et le ail de guidage? Donne le symbole en pespective de cette liaison suivant l oientation des dessins de la page BAN2 /1,5 Liaison GLISSIERE SUIVANT x IV.2. Dessin du doigt : voi feuille jointe BR6 coigé page Bco3 /5 IV.3. Détemination des effots su la poignée Questions : IV.3.1. Calcule les moments des tois foces pa appot au point A calcul de MA( F1) : A point d application de calcul de F F 1 d où MA v ( F1) = 0 0 ( F 2) : (en N.mm) ) = + ( d 2 F ). z = (8,5 120). z MA( F 2) = 0 1020 MA MA( 2 calcul de 2 MA ( F 3) en supposant 3 F : (en N.mm) F oientée ves le bas ) = ( d3 F 3 ). z = (48 F MA( 3 3 ). z MA ( F 3 ) = 0 0 (48 F 3 ) /1,5 /1,5 /1,5 IV.3.2. Écie au point A l équation déduite du théoème des moments : M A ( F1) + MA( F 2) + MA( F 3) = 0 /1 IV.3.3. En écivant l équation pécédente en Pojection suivant z : 1020 (48 F 1020 3 ) = 0 F 3 = 48 F 3 = 21, 25N /1 Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Coigé constuction mécanique Bco2/3
Bac STI G. Électonique Étude des systèmes techniques industiels Coigé constuction mécanique Bco3/3