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Sciences de l’Ingénieur Page 164
CI5_E11_Transmission de puissance
Transmission de puissance
Transfert d’énergie entre le moteur thermique (énergie thermique) et le moteur électrique
(énergie électrique) pour produire de l’énergie mécanique, l’énergie chimique (recharge des
batteries). Chaque transformation nécessite une adaptation.
+ -
+ -
+ -
+ -
+ -
batterie
Thermique
Electrique
Boîte à vitesse
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1 – Energie
Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de
la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.
L'unité du système international pour mesurer l'énergie est le joule (J).
Certaines activités utilisent d'autres unités, notamment l'électron-volt (1 eV = 1,602·10−19 J), le
kilowattheure (1 kWh = 3,6 MJ), la calorie (4,18 J), la Calorie (alimentaire : 4 180 J).
Les sources d'énergies utilisées par l'homme sont d'origine renouvelable ou non :
L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie
d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle
mécanique.
L'énergie mécanique s'exprime généralement : pcm EEE +=
où :
• Em est l'énergie mécanique
• Ec est l'énergie cinétique
• Ep est l'énergie potentielle
Energie cinétique : ²2
1²
2
1Ω+= JmvEc
Energie potentielle mghE p =
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2 – Puissance
La puissance est la quantité d’énergie consommée pour effectuer un travail par unité de
temps. Pour effectuer le même travail, deux systèmes de puissances différentes ne mettront
pas le même temps.
A B
A BA B
A B
1
2
Le véhicule 2 est 2 fois plus puissant car il effectue le même travail en 2 fois moins de temps.
seconde1
11
jouleWatt =
• Puissance mécanique d’un mobile
v
vFP ×=
F en N
V en m/s
P en W
• Puissance mécanique en rotation
F
r
Moment d’une force
rFC ×=
Puissance
Ω×= CP
Rappels :
Vitesse linéaire : t
dv =
Fréquence de rotation en tr/s : t
rn
×=
π2
Vitesse angulaire en rad/s : n×=Ω π2
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• Puissances électriques
Il existe 3 sortes de puissances
P : Active qui effectue le travail en W
Q : Réactive absorbée par l’actionneur en VAR
S : Apparente mesurable de l’extérieur en VA P
QS
Exemple
P fait avancer le bateau
Q est nécessaire pour le tirer depuis la berge
S est la somme P Q
S
Puissance en monophasé Puissance en triphasé
²²
sin
cos
QPS
VIS
VIQ
VIP
+=
=
×=
×=
ϕ
ϕ
²²
3
sin3
cos3
QPS
UIS
UIQ
UIP
+=
=
×=
×=
ϕ
ϕ
Exemple
3,26ms
ϕ : déphasage entre la tension simple et le courant
°×= 18010ms
tϕ °=°×= 68,58180
10
26,3
ms
msϕ
( )Ω=
××+=
+=
72,3
²50201,0²2
²²
Z
Z
LRZ
π
ω
AIeff
Z
VeffIeff
IeffZVeff
6472,3
240==
=
×=
²²
64240
)68,58sin(64240
)68,58cos(64240
QPS
S
Q
P
+=
×=
××=
××=
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3 – Transmissions 3-1 Vocabulaire
3-2 Denture d’un pignon
Les dimensions de la dent sont données par le module zmd ×=
m : module de la dent (0,5 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 …..) Z : Nombre de dents.
• Les modules choisis augmentent quand les couple transmis
augmentent.
• Lorsque les modules diminuent trop, le rendement de
transmission diminue.
3-3 Modification axe de rotation
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3 – 4 Modification du couple
L’emploi en réducteur d’un train
d’engrenages a le plus souvent comme
objectif une augmentation du couple en
sortie.
La puissance d’entrée est donnée par :
eeC Pe ω×=
En régime permanent, à vitesse constante
on a :
PePs ×=η
avec η: rendement de transmission (entre 95 et 98% pour un couple pignon/roue)
En connaissant le rapport de réduction, on peut en déduire le couple en sortie.
Ici
ees CCs ωηω
η
××=×
×= PePs
s
e
eCCsω
ωη ××=
r
1
s
e =ω
ω
r : rapport de transmission
e
s
ω
ω=r
3 – 5 Relation de WILLIS
∏∏
×−=−
−=
)(
)()1(
0/0/
0/0/
/
/
menéesroues
menantesrouesn
pse
pss
pse
pss
Z
Z
ωω
ωω
ω
ω
n : nombre de contacts extérieurs
ici
116,0)1(42
312
0/
0/ =×
××−=
ZZ
ZZ
e
s
ω
ω
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3 – 6 Transmission par courroie
Rapport de transmission
D
d
N
N
d
D
d
D ==ω
ω
3 – 7 Transmission par chaîne
Rapport de transmission
D
d
p
p
d
D
Z
Z
D
d
N
N==
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3 – 8 Train épicycloïdal
Prius : un étrange mélange d’énergie et de transmissions