TP PCSI – CI7 2
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TP PCSI – CI7_2 BRAS MAXPID CI7 : Modéliser les actions mécaniques, vérifier et valider des performances statiques des chaînes de solides. À l’issue des TP ce Centre d’Intérêt, les compétences acquises doivent vous permettre plus particulièrement de : – Isoler un solide et effectuer un bilan des AM extérieures ; – Appliquer le PFS, la modélisation des liaisons et des efforts étant donnée, ainsi que le séquencement des isolements. – Modéliser les AM globales agissant sur un système, la modélisation sous forme de liaison normalisée étant donnée, – Dans le cas de liaisons non parfaites comportant du frottement : citer et appliquer lois de Coulomb, efforts globaux ou locaux. – Proposer une démarche d’isolement pour résoudre de manière graphique un problème de statique plane. – Utiliser la représentation par un cône de frottement pour modéliser les actions de frot- tement (contact ponctuel) ; – Proposer ou commenter un modèle de liaison associé aux surfaces de contact ; – Identifier et représenter sous forme de schéma blocs les éléments constitutifs d’une chaîne de transmission d’énergie ; – Valider des performances statiques d’un CdC. page 1
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BRAS MAXPID
CI7 :Modéliser les actions mécaniques, vérifieret valider des performances statiques des
chaînes de solides.À l’issue des TP ce Centre d’Intérêt, les compétences acquises doivent vous permettre
plus particulièrement de :
– Isoler un solide et effectuer un bilan des AM extérieures ;– Appliquer le PFS, la modélisation des liaisons et des efforts étant donnée, ainsi que le
séquencement des isolements.– Modéliser les AM globales agissant sur un système, la modélisation sous forme de
liaison normalisée étant donnée,– Dans le cas de liaisons non parfaites comportant du frottement : citer et appliquer lois
de Coulomb, efforts globaux ou locaux.– Proposer une démarche d’isolement pour résoudre de manière graphique un problème
de statique plane.– Utiliser la représentation par un cône de frottement pour modéliser les actions de frot-
tement (contact ponctuel) ;– Proposer ou commenter un modèle de liaison associé aux surfaces de contact ;– Identifier et représenter sous forme de schéma blocs les éléments constitutifs d’une
chaîne de transmission d’énergie ;– Valider des performances statiques d’un CdC.
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Table des matières
1 Détermination expérimentale du couple moteur maximal en statique 4
2 Définition du modèle numérique CAO 3D 42.1 Paramètres de commande de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Prise en compte de la pesanteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Prise en compte de l’action du moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4 Calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Valeur du couple statique maximal du moteur issue de la simulation 5
4 Validation : comparaison réel – modèle 5
5 Vérification du PFS 55.1 Isolement et torseur d’action mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2 Vérification d’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
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Problématique
On propose ici de vérifier que les solides en équilibre du bras Maxpid vérifient le PrincipeFondamental de la Statique et déterminer l’action mécanique exercée par le moteur, étudepréalable au dimensionnement de celui-ci.
Il s’agira donc plus particulièrement de :
– effectuer des mesures expérimentales pour déterminer le couple moteur maximal ;– construire un modèle numérique ; modéliser et interpréter les actions mécaniques en
présence ;– déterminer le couple moteur maximal nécessaire en statique par simulation ;– comparer les résultats obtenus expérimentalement et par simulation ;
Il est ainsi question de quantifier les écarts entre le service attendu, le service réalisé et leservice simulé (voir figure 1).
FIGURE 1 – La maîtrise des modèles.
Hypothèses d’étude :
– Le bras n’est pas en mouvement (on n’étudie pas son évolution dynamique) mais on consi-dère toutes les positions qu’il peut occuper entre la position horizontale et la positionverticale.
– Les frottements sont négligés dans toutes les liaisons.– Le mécanisme présente un plan de symétrie vertical. Les centres de toutes les actions
sont donc ramenés dans ce plan.– La charge réelle supportée par le bras du robot réel est modélisée, sur Maxpid, par des
masselottes fixées à l’extrémité du bras. On en placera 3 pour débuter le TP.
On pourra consulter les documents techniques dans le dossier correspondant.
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1 Détermination expérimentale du couple moteur maximalen statique
Q 1 : Rappeler par quelle mesure il est possible de déterminer la valeur expérimentaledu couple moteur (qui est un moteur à courant continu...).
Par une expérience sur le système réel instrumenté, déterminer la position du bras pourlaquelle le couple moteur est maximal. Préciser alors la valeur expérimentale du couple mo-teur maximal en statique.
2 Définition du modèle numérique CAO 3D
Q 2 : Ouvrir sous SolidWorks la maquette CAO « Maxpid.SLDASM » située dans lelecteur réseau de la classe.
Effectuer la construction automatique du mécanisme sous Méca3D, vérifier que les liai-sons conviennent et les adapter si besoin.
Il est maintenant nécessaire de compléter le modèle Méca3D :– déterminer les paramètres de commande de la simulation,– modéliser les actions mécaniques extérieures à prendre en compte.
2.1 Paramètres de commande de simulation
On veut étudier le comportement du bras dans la plage d’utilisation pour laquelle :
0˚ ≤ θbras ≤ 90˚
Q 3 : Déterminer le nombre de tours de vis permettant de balayer la plage d’utilisation.En déduire les paramètres de commande dans Meca3D : vitesse de rotation d’entrée et
durée de simulation.
2.2 Prise en compte de la pesanteur
On considère que la chaîne Maxpid est située dans un plan vertical.Q 4 : Ajouter l’action de la pesanteur sur la ou les pièce(s) que vous jugerez pertinente(s)
dans le modèle Meca3D.On portera une attention particulière à l’orientation de la gravité et l’on vérifiera la vali-
dité des actions mécaniques introduites en contrôlant les propriétés de l’effort.
2.3 Prise en compte de l’action du moteur
Pour maintenir le bras dans une position donnée, le moteur électrique doit exercer uneaction mécanique de maintien, qui est l’inconnue recherchée du problème de statique dessolides.
Q 5 : Quel type d’action mécanique le moteur exerce-t-il sur la vis ?
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Entre quelles pièces ou dans quelle liaison du modèle cette action doit-elle s’exercer ?
Il est donc nécessaire d’introduire dans le modèle méca3D un "couple moteur inconnu".Q 6 : Ajouter cette action mécanique dans le modèle numérique.
2.4 Calcul
Q 7 : Lancer la simulation.
3 Valeur du couple statique maximal du moteur issue de lasimulation
Q 8 : Tracer sous Méca3d la courbe de l’amplitude du couple moteur qui s’exerce sur lavis à bille équipée.
Quelle est la position du bras pour laquelle l’amplitude de ce moment est maximale ?Donner la valeur maximale du couple moteur en statique.
4 Validation : comparaison réel – modèle
Q 9 : Comparer les résultats obtenus par approche expérimentale et par simulation.Le modèle numérique employé est-il validé ?
5 Vérification du PFS
5.1 Isolement et torseur d’action mécanique
Q 10 : À partir du graphe des liaisons, effectuer le bilan de toutes les actions mécaniquesextérieures auxquelles est soumis le bras porte masses. On précisera pour chacune le typed’action mécanique (effort, moment ; axe...) et on précisera la forme du torseur d’action mé-canique associé.
Effectuer ces isolements sous Méca3D et vérifier les torseurs proposés.
5.2 Vérification d’équilibre
Q 11 : Mesurer sous Méca3D toutes les composantes de chaque action mécanique exté-rieure au bras porte masse et préciser ainsi les torseurs d’action mécanique associés.
Vérifier que le bras porte masses en équilibre vérifie bien le PFS.
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