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Terminale STI GE C12 : Les Transformateurs de Mouvements

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LES TRANSFORMATEURS DE MOUVEMENTS

I. Analyse fonctionnelle :

I-1. Diagramme des intéracteurs : Mise en évidence de la fonction principale I-2. Cahier des charges fonctionnel :

I-2-1. FAST de description : Mise en évidence des fonctions techniques.

I-2-2. Définition des fonctions et critères :

Fonctions Critères FP1 1. Conjuguer deux mouvements : 2. Transmettre les efforts :

1. Précision du déplacement (jeux, rigidité, défauts). 2. Stabilité du positionnement (arrêt et maintien en position). 3. Vitesse (maxi/échauffement). 4. Réversibilité/irréversibilité. 5. Course. 6. Encombrement.

Actions mécaniques à transmettre par la liaison : • Charge statique • {τ1→2}=

FC1 Résister au milieu ambiant :

1. Condition de fonctionnement. 2. Coût. 3. Encombrement.

Milieu ambiant

Structure du transformateur

FP1

FC1

Solide S 1 Solide S 2

FP1 : Transformer le mouvement de rotation de S1 en mouvement de translation de S2.

FC1 : Résister au milieu ambiant.

Solutions technologiques

Liaison glissière

FP1 Transformer le mouvement de rotation de S1 en mouvement de translation de S2.

FT1 Mettre en relation le mouvement de rotation avec le mouvement de translation.

FT4 Transmettre les actions mécaniques.

FT3 Permettre le mouvement de translation du solide 2.

FT2 Permettre le mouvement de rotation du solide 1.

Liaison pivot

S11, S12, S13

S11 : Système bielle -manivelle S12 : Système pignon-crémaillère S13 : Système vis-écrou


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II. Système Bielle-manivelle :

II-1. Mise en évidence du système bielle-manivelle :

COMPRESSEUR :

Identifier la pièce solution technologique S5 réalisant la fonction technique FT24, compléter le FAST relatif à FP1 du compresseur.

II-2. SADT A-0 associé au système bielle-manivelle :

II-3. Fonctionnement et schéma cinématique :

Positions successives du système bielle-manivelle e n fonctionnement

Transformer un mouvement de rotation

en mouvement de translation

Mouvement et énergie mécanique de rotation

Mouvement et énergie mécanique de translation

Système bielle-manivelle

( )

A-0

Bielle 6

Liaison Pivot

Lia ison Pivot glissant


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II-4. Paramètres cinématiques et géométriques :

Géométrie :

La figure ci-contre met en évidence des éléments géométriques à prendre en compte pour mettre en relation la trajectoire du pied de bielle (mouvement de translation rectiligne alternatif) avec celle de la tête de bielle (mouvement de rotation autour d'un axe) :

• l'excentration de la tête de bielle ; (OT) • la longueur l de la bielle. (TP)

Cinématique :

Le mouvement de rotation de la manivelle s'effectue à vitesse constante, donc à partir de la courbe des espaces, on peut retrouver la vitesse et l'accélération du pied de bielle en fonction du temps. Ce système est réversible.

III. Système Pignon-crémaillère :

III-1. Mise en évidence du système pignon-crémaillè re :

VERIN PNEUMATIQUE :

Schéma cinématique associé à la fonction FT2 : (avec vocabulaire associé) Bien qu’il ne soit pas d’usage d’indiquer le nom des solutions constructives sur un schéma cinématique, quelques indications ont été portées sur le schéma ci-contre afin de faciliter la compréhension des termes utilisés dans la présentation des trajectoires.


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Identifier la solution technologique S3 réalisant la fonction technique FT22, compléter le FAST relatif à FP1 du vérin pneumatique.

III-2. SADT A-0 associé au système pignon-crémaillè re :

III-3. Schéma cinématique :

III-4. Analyse du mode de fonctionnement :

Les éléments géométriques à prendre en compte sont : • le cercle primitif de diamètre Dp (pignon) (rayon : Rp) ; • la ligne de référence (crémaillère).

L'engrènement entre les dents de la crémaillère et les dents du pignon permet d'assurer le roulement sans glissement en I entre le cercle primitif du pignon et la ligne de référence de la crémaillère.

Contact entre dents du piston crémaillère et pignon arbré

Transformer un mouvement de translation

en mouvement de rotation



Système pignon-crémaillère

( )

A-0

Schéma cinématique associé à la fonction FT2 Engrènement pignon-crémaillère

V(I, crémaillère/corps) = ωωωω(pignon/corps) x Rp D’où : ou encore : V(I, crémaillère/corps) ωωωω(pignon/corps) =

Rp

Liaison Pivot

Liaison Glissière


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Chaîne cinématique de transmission de puissance : IV. Système Vis-écrou :

IV-1. Mise en évidence du système vis-écrou :

VERIN ELECTROMECANIQUE D’ANTENNE SATELLITE :

Identifier la solution technologique S5 réalisant la fonction technique FT24, compléter le FAST relatif à FP1 du vérin électromécanique d’antenne satellite.

Transmission par pignon-crémaillère

Cp, ωωωωp Vc, Fc

Liaison glissière hélicoïdale entre la vis et l’écrou


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IV-2. SADT A-0 associé au système vis-écrou : IV-3. Analyse de la fonction technique FT24 :

Les réalisations technologiques de la fonction FT24 se décomposent en deux catégories :

1. Les solutions avec contact direct de la vis et de l'écrou ; 2. Les solutions avec interposition d'éléments roulants

Réalisations technologiques :

IV-4. Schéma cinématique :

Schéma cinématique associé à la fonction FT24 : Le mouvement de rotation de l'écrou 2 étant bloqué par la liaison glissière, le mouvement de translation de ce dernier est obtenu par rotation de la vis 1.

FT24 Mettre en relation le mouvement de rotation et le mouvement de translation

Critères de choix : • Pertes importantes

(70%) ; • Pour utilisation peu

fréquente ; • Faible vitesse ; • Usure ⇒ jeu ; • Possibilité de

réversibilité ; • Coût peu élevé.

Critères de choix : • Vis à haut rendement

(η=95%) ; • Durée de vie élevée ; • Vitesse linéaire élevée ; • Jeu axial annulé par

précontrainte ; • Forte capacité de charge.

Critères de choix : • Vis à haut rendement

(η=95%) ; • Durée de vie élevée ; • Vitesse linéaire élevée ; • Jeu axial annulé par

précontrainte ; • Très forte capacité de

charge ; • Rigidité élevée.

Transformer un mouvement de rotation

en mouvement de translation



Système vis-écrou

( )

A-0


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IV-5. Etude cinématique et géométrique :

Réversibilité / irréversibilité :

La fonction "transformer le mouvement" ne peut être réalisée par le système vis-écrou que si les flancs des filets de la vis peuvent glisser sur les flancs de filets de l'écrou. Pour cela, la pente de l'hélice doit respecter les conditions établies dans le tableau ci-dessous :

IV-6. Application :

Justification du choix du système vis-écrou à bille pour le vérin électromécanique.

IV-6-1. Extrait du cahier des charges fonctionnel :

• Vitesse linéaire du vérin élevée : 93 m/s ; • Effort axial à développer important : 1100 N ; • Minimiser les coûts.

IV-6-2 : Choix et justification :

Expliquer le choix réalisé en justifiant vos réponses.

Loi géométrique : Pour un tour de vis, l'écrou se déplace de la valeur du pas p.

Loi cinématique :

V = N x p

avec :

• V : vitesse de déplacement en m/min ; • N : vitesse de rotation en tr/min ;

• p : pas en m. Le pas du filetage p = papparent × nombre de filets de la vis

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