ÉCOLINE MOTORISATION Cinématique PRÉSENTATION DU VÉHICULE Pour cette étude, vous disposez d une voiture FG ECOLINE à motorisation thermique entièrement montée et fonctionnelle. Cette voiture radiocommandée est à l'échelle 1/5 et possède un moteur thermique. Le prix d'un tel modèle réduit est d'environ 700 (hors composants électroniques). Le véhicule est composé : D un châssis en alliage léger. À l'arrière, de deux roues motrices entraînées par un train d'engrenage composé de quatre pignons eux même entraînés par un moteur 23cc, une suspension triangulée par roue, un système de freinage à disque mécanique ainsi qu un différentiel. À l'avant, le réservoir ainsi que toute la partie directionnelle comprenant le récepteur, le servomoteur qui contrôle le dosage de l accélération et du freinage, les deux roues directionnelles avec une suspension indépendante, un frein à disque mécanique pour chacune des roues et la batterie alimentant récepteur et servomoteurs. Vous disposez du modèle numérique complet «Ecoline.sldasm» que vous avez dû décompresser dans le dossier «Ecoline». NOTE : Si vous travaillez au lycée, les fichiers SolidWorks» sont à ouvrir depuis «Ordinateur / Data (D:) / ITEC / CYCLE_5 / Activité 3 Ecoline». Figure 1 : ECOLINE 2008 ECOLINE - Motorisation Sujet 1-6 PG 27/09/2014
PROBLÉMATIQUE Dans le cadre de nouvelles initiatives du gouvernement en termes de développement durable, il est nécessaire de traiter certains problèmes écologiques, tel qu utiliser des matériaux recyclables, la pollution étant le phénomène le plus important à résorber. Ainsi le moteur de la voiture devra être plus écologique et moins polluer. Le but de cette étude est donc d envisager la transformation d une voiture radiocommandée à motorisation thermique en une voiture à motorisation électrique. Ainsi nous pourrions obtenir une voiture moins polluante et utilisant une énergie renouvelable. SYNOPTIQUE DU TRAVAIL DEMANDÉ DIAGRAMME FAST PARTIEL Figure 2 : Diagramme FAST partiel ECOLINE - Motorisation Sujet 2-6 PG 27/09/2014
ÉTUDE DE L EXISTANT Figure 3 : Le train arrière vu de dessus Q1. Réalisation du schéma cinématique intégrant tous les composants situés entre le moteur thermique exclu et l arbre de roue arrière gauche inclus. Q1.a) À partir de l assemblage «Ecoline Train AR» décompressé dans le dossier «Train AR» et sur le schéma du document réponse, repérez les composants suivants : cloche d embrayage (1), support de pignons primaires (2), pignon de sortie moteur (3), pignon intermédiaire primaire (4), arbre intermédiaire (5), support d'arbre intermédiaire (6), pignon intermédiaire secondaire (7), différentiel (8), pignon de sortie (9), arbre côté différentiel (10), support de différentiel (11), le cardan (12), moyeu de roue arrière (13), arbre de roue arrière (14). Figure 4 : Demi-train arrière partiel Q1.b) Sur votre document réponse, indiquez le nom de la liaison pour chaque couple de composants listés ci-dessous. Utilisez la ressource «Modélisation des liaisons» dans la partie «Techno». COMPOSANT 1 COMPOSANT 2 NOM DE LA LIAISON Cloche d embrayage Cloche d embrayage Pignon intermédiaire primaire Arbre intermédiaire Arbre intermédiaire Pignon de sortie Support de pignons primaires Pignon de sortie moteur Arbre intermédiaire Support d'arbre intermédiaire Pignon intermédiaire secondaire Arbre côté différentiel Arbre côté différentiel Arbre de roue arrière COMPLÈTE Arbre de roue arrière Arbre de roue arrière Moyeu de roue arrière Roue arrière gauche ECOLINE - Motorisation Sujet 3-6 PG 27/09/2014
Q1.c) Quelle solution technologique a été choisie pour réaliser les liaisons pivot? Q1.d) Quel élément permet de transmettre le mouvement de rotation entre l arbre de roue et la roue? Quel est son intérêt? Q1.e) Sur votre document réponse, tracez le schéma cinématique, vous utiliserez, si possible, une couleur différente pour chacun des éléments représentés. Q2. Détermination du rapport de transmission entre le moteur et les roues. Q2.a) Recherchez le nombre de dents de chaque pignon puis complétez votre document réponse. PIGNON Nombre de dents (Z) Pignon de sortie moteur (3) Pignon intermédiaire primaire (4) Pignon intermédiaire secondaire (7) Pignon de sortie (9) Q2.b) En vous appuyant sur la ressource «Adaptateurs d'énergie», déterminez le rapport transmission «rg» entre le moteur et l arbre de roue arrière. Complétez votre document réponse. Q3. Détermination de la fréquence de rotation du moteur lorsque le véhicule roule à 90 km.h -1. Q3.a) À l aide de Solidworks, recherchez le diamètre de la bande de roulement du pneu arrière. Q3.b) Calculez la fréquence de rotation de la roue arrière «ω ra max» pour V=Vmax=90 km.h -1. Soyez attentifs aux unités utilisées. Déterminez la fréquence de rotation «N» exprimée en tr.min -1. Q3.c) Calculez le régime moteur «N mot» permettant d atteindre cette vitesse. Q3.d) Est-il possible, pour ce véhicule, de dépasser 90km.h -1? Expliquez. Q4. Détermination des paramètres cinématiques lors d un départ arrêté. Lors d un départ arrêté, la vitesse maximale «Vmax» est atteinte au bout de 8 secondes. Q4.a) Écrivez la formule permettant de calculer l accélération subie par le véhicule lors de ce démarrage. Q4.b) Calculez la valeur de cette accélération. Q4.c) Écrivez la formule permettant de calculer la distance parcourue par le véhicule pour atteindre cette vitesse. Q4.d) Calculez cette distance. Q4.e) Tracez les courbes d accélération et de vitesse. ECOLINE - Motorisation Sujet 4-6 PG 27/09/2014
DÉFINITION DE LA NOUVELLE TRANSMISSION DE MOUVEMENT HOBBY CENTER, spécialiste du modélisme 1/5 e, nous conseil d utiliser, en remplacement, le moteur électrique dont la référence est la suivante : Moteur Brushless I MODEL ref : hob0488 (lien). Q5. Recherche de la fréquence de rotation du moteur électrique. Q5.a) À partir du lien fourni plus haut, retrouvez les caractéristiques de ce moteur. PARAMÈTRE Valeur Puissance Tension maximale Intensité maximale Résistance KV (RPM/V) Fréquence de rotation maximale (RPM) Poids Q6. Étude de l impact du changement de moteur sur la transmission. Conservation : Le train d engrenage actuel est conservé. Q6.a) L équipe décide de conserver la valeur de la vitesse de pointe à 90 km.h -1, quelle sera la fréquence de fonctionnement maximale du nouveau moteur électrique? Q6.b) L équipe décide pousser le nouveau moteur électrique à sa fréquence de fonctionnement maximale, quelle sera la vitesse de pointe atteinte par le véhicule? Modification : Le train d engrenage est remplacé. Q6.c) L équipe décide de conserver la valeur de la vitesse de pointe à 90 km.h -1 pour un régime moteur maxi, calculez le nouveau rapport de réduction? Q6.d) L équipe décide de ne pousser le nouveau moteur électrique qu au ¾ de sa fréquence de fonctionnement maximale tout en augmentant la vitesse maximale de 10%, calculez le nouveau rapport de réduction? Q6.e) Quelle solution vous parait la plus intéressante? Justifiez votre réponse. ECOLINE - Motorisation Sujet 5-6 PG 27/09/2014
Q7. Mise en place d une transmission de mouvement par courroie. Postulat : Pour la suite de l étude, l équipe de développement souhaite fixer la vitesse maximale initiale à 100 km.h -1 avec un régime de moteur égal à 22500 tr.min -1. Le moteur électrique est alimenté par deux accumulateurs de 20V. Afin de transmettre le mouvement de rotation du moteur électrique jusqu au différentiel, l équipe envisage d utiliser un système composé de deux poulies dentées T2,5 de 6mm en aluminium et d une courroie. Q7.a) Déterminez la fréquence de rotation «N ra» des roues. Q7.b) Déterminez le rapport de transmission «rg» nécessaire. Q7.c) Déterminez le diamètre de chacune des poulies (motrice et réceptrice) afin d assurer «rg». Q7.d) D après-vous, cette solution est-elle envisageable. Q8. Mise en place d une transmission de mouvement par train d engrenages. Postulats : La vitesse maximale reste fixée à 100 km.h -1 ; La distance entre les différents arbres (entraxe) ne doit pas être modifiée. Q8.a) Recherchez le nombre de dents pour chacun des nouveaux pignons (3, 4, 7 et 9). Q8.b) Sur le site HPC, recherchez les références HPC des nouveaux pignons. Q8.c) Calculez le rapport de transmission final réellement obtenu suite à votre choix. Q9. Conclusion. Q9.a) Si vous deviez faire le choix définitif au sein de cette équipe, pour quelle solution opteriez-vous? Justifiez votre réponse. ECOLINE - Motorisation Sujet 6-6 PG 27/09/2014