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Sciences et
Adaptateurs d’énergie : réducteurs Transmission de mouvement de l’ouvre
Transformateurs et modulateurs d’énergie associés
Ouvre-portail.solaire_Sujet
1. Objectif du TP.
Etudier la transmission de mouvement de l’ouvre
2. Présentation du système.
Dans le secteur de l'habitat, l'automatisation des dispositifs d'accès est en fort développement.
proposé s'appuie sur un produit innovant, développé par la société Avidsen, destiné à la commande de
portails à battants. Ce produit se caractérise par une absence de liaison au réseau électrique basse tension
grâce à son alimentation par panneaux photovoltaïques ainsi que par une absence de liaison filaire entre les
deux centrales électroniques grâce à la radio
3. Approche fonctionnelle.
Le schéma bloc ci-dessous représente la chaîne d'énergie incomplète du tracker solaire étudié.
Q1. Compléter le schéma bloc
Q2. Indiquer les énergies manquantes
associées (tension, courant, force, couple, vites
chaîne d’énergie du tracker.
DISTRIBUERALIMENTER
Panneaux solaires
Batterie 12 V
Contacteurs
Transistors
Energie
solaire
Energie
électrique
Tension U
Courant I
ciences et Technologies de l’Industrie et du Développement
Adaptateurs d’énergie : réducteurs mécaniquesTransmission de mouvement de l’ouvre-portail SET
Transformateurs et modulateurs d’énergie associés
Sujet
la transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET.
Présentation du système.
Dans le secteur de l'habitat, l'automatisation des dispositifs d'accès est en fort développement.
proposé s'appuie sur un produit innovant, développé par la société Avidsen, destiné à la commande de
ttants. Ce produit se caractérise par une absence de liaison au réseau électrique basse tension
grâce à son alimentation par panneaux photovoltaïques ainsi que par une absence de liaison filaire entre les
deux centrales électroniques grâce à la radio-transmission.
dessous représente la chaîne d'énergie incomplète du tracker solaire étudié.
ci-dessus, en désignant les processeurs manquants.
manquantes (énergie mécanique, énergie électrique) et leurs composantes
associées (tension, courant, force, couple, vitesse angulaire, vitesse linéaire) en complétant
chaîne d’énergie du tracker.
DISTRIBUER TRANSMETTRE CONVERTIR
Contacteurs
Transistors
Chaîne d’énergie
éveloppement Durable 1
ere
STI2D mécaniques
portail SET
TP (2h00) TRANS
1/12
Dans le secteur de l'habitat, l'automatisation des dispositifs d'accès est en fort développement. Le système
proposé s'appuie sur un produit innovant, développé par la société Avidsen, destiné à la commande de
ttants. Ce produit se caractérise par une absence de liaison au réseau électrique basse tension
grâce à son alimentation par panneaux photovoltaïques ainsi que par une absence de liaison filaire entre les
dessous représente la chaîne d'énergie incomplète du tracker solaire étudié.
, en désignant les processeurs manquants.
(énergie mécanique, énergie électrique) et leurs composantes
se angulaire, vitesse linéaire) en complétant la
OUVRIR
OU
FERMER
LE
PORTAIL
Vantail
maître en
position
initiale
Vantail maître en
position finale
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 2/12
4. Localisation du sous-système : Réducteur.
Q3. Localiser, ci-dessous, le ou les réducteurs de l’ensemble portail-solaire.
Q4. A l’aide du dossier technique, repérer les pièces ci-dessous et préciser leur nom.
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 3/12
5. Caractéristiques de l’énergie mécanique.
5.1. Caractéristiques de l’énergie mécanique en entrée du réducteur.
Q5. Préciser la nature du mouvement (translation ou rotation) de l’arbre moteur en complétant la
phrase suivante :
L’arbre moteur est en autour de l’axe .
Q6. Compléter le tableau en se référant aux caractéristiques
techniques du moteur données dans le dossier technique.
Tension nominale
Moteur en régime nominal (rendement : 0,68)
Vitesse de rotation de l‘arbre
Courant
Couple transmissible par l’arbre
Puissance utile
5.2. Caractéristiques de l’énergie mécanique en sortie du réducteur.
Q7. Préciser la nature du mouvement (translation ou rotation) de la manivelle en complétant la
phrase suivante :
La manivelle est en autour de l’axe .
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 4/12
6. Etude du sous ensemble physique : [moteur + réducteur]
6.1. Décomposer le réducteur
Le réducteur comprend 2 engrenages roue et vis sans fin, montés « en
série », (c’est-à-dire que la sortie du premier est l’entrée du second). Cette
construction permet de décomposer le réducteur en 2 étages de
réduction.
Q8. Compléter la dernière colonne du tableau suivant, en précisant
entre les crochets, le repère (numéro) de chaque pièce.
Etage 1
L’arbre moteur engrène avec la roue [ ].
Etage 2
La vis sans fin de l’arbre intermédiaire [ ] engrène avec la roue [ ].
6.2. Déterminer le rapport de réduction de l’étage 2
Les 2 étages du réducteur sont semblables puisque les mêmes solutions technologiques sont mises en œuvre
pour réduire la vitesse de rotation. Dans un premier temps, on va déterminer le rapport de réduction R2 de
l’étage 2, (qui est le plus aisé à faire tourner manuellement). Ensuite et par analogie, on déterminera le
rapport de réduction R1 de l’étage 1, pour finir par le calcul du rapport Rtotal du réducteur.
Rappel :
������ =����������
����é�é������ �� =
���������
����é�é������ �� =
����������
���������
Le rapport de réduction global est le produit des rapports de réduction des 2 étages : ������ =�� × ��
6.2.1. Manœuvrer manuellement l’étage 2 du réducteur
Q9. Compléter les 4 lignes suivantes avec 1, 35, �
��, plus ou moins.
[ ] tours de la vis provoquent [ ] tour de la roue.
[ ] tour de la vis provoque [ ] tour de la roue.
La roue tourne [ ] fois [ ] vite que la vis.
R2= .
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 5/12
6.2.2. Repérer les caractéristiques de l’engrenage 2
Se référer à la nomenclature du réducteur du dossier technique.
Q10. Compléter le tableau suivant.
Nombre de dents de la roue de l’arbre de sortie Zroue2 = .
Nombre de filet de la vis de l’arbre intermédiaire Zvis = .
Q11. Exprimer le rapport de réduction R2 en fonction des caractéristiques (nombre de dents / filets) de
l’engrenage.
6.3. Déterminer le rapport de réduction de l’étage 1
Q12. Procéder par analogie avec l’étage 2 et utiliser la relation trouvée précédemment, afin de
déterminer R1.
6.4. Calculer le rapport de réduction global.
Q13. Déterminer le rapport de réduction global Rtotal en fonction de R1 et R2.
Q14. Compléter la phrase suivante.
La manivelle tourne fois vite que l’arbre moteur.
6.5. Calculer la vitesse de rotation de la manivelle.
Q15. Déterminer la vitesse de rotation de la manivelle Nman , en tour/min.
Q16. Compléter l’actigramme du réducteur.
ADAPTER
l’énergie mécanique
Réducteur
Arbre du moteur :
Rotation autour de : .
Nmot = tour/min
Manivelle :
Rotation autour de : .
Nman = tour/min
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 6/12
7. Vérification à l’aide du modèle volumique sous SolidWorks/Meca3D
7.1. Introduction.
Ouvrir le logiciel SolidWorks.
Cliquer sur Outils / Compléments, puis cocher le module « Meca 3D ».
Ouvrir le fichier : SW reduct sujet».
La maquette volumique représentant le mécanisme comporte 4 classes d’équivalence cinématique (ou
assemblage de premier niveau au sens de SolidWorks).
Bâti Axe moteur Arbre intermédiaire Arbre de sortie
Assemblage composé de
12 pièces
Assemblage composé de
6 pièces
Assemblage composé de
7 pièces
Assemblage composé de
7 pièces
Les 4 classes d’équivalence du mécanisme sont liées entre elles par 5 liaisons ou systèmes, listées dans le
tableau ci-dessous :
Nom Type classes d’équivalence cinématique
Pivot1 Liaison Pivot d’axe z Bâti / Axe moteur
Pivot2 Liaison Pivot d’axe x Bâti / Arbre intermédiaire
Pivot3 Liaison Pivot d’axe z Bâti / Arbre de sortie
Roue / vis1 Système roue et vis sans fin Axe moteur / Arbre intermédiaire
Roue / vis5 Système roue et vis sans fin Arbre intermédiaire / Arbre de sortie
La modélisation du système est incomplète :
• En effet, L’assemblage de l’axe moteur au sein du système n’a pas été réalisé.
• De plus, il vous faudra créer deux liaisons manquantes.
Une fois ce travail réalisé, vous pourrez étudier le mécanisme de l’ouvre-portail.
7.2. Assemblage de l’axe moteur.
On souhaite assembler l’axe moteur dans le bâti, en utilisant les contraintes d’assemblage du logiciel.
Utiliser la commande Insertion / Contrainte, (ou cliquer su l'icône ).
Sciences et
Adaptateurs d’énergie : réducteurs Transmission de mouvement de l’ouvre
Transformateurs et modulateurs d’énergie associés
Ouvre-portail.solaire_Sujet
7.2.1. Contrainte de coaxialité.
Cliquer successivement sur les 2 surfaces désirées
puis choisir la contrainte de coaxialitéavant de
valider.
ciences et Technologies de l’Industrie et du Développement
Adaptateurs d’énergie : réducteurs mécaniquesTransmission de mouvement de l’ouvre-portail SET
Transformateurs et modulateurs d’énergie associés
Sujet
Contrainte de coaxialité.
Cliquer successivement sur les 2 surfaces désirées,
avant de
7.2.2. Contrainte d
Cliquer successivement sur les 2 surfaces désirées,
puis choisir la contrainte de coïncidence avant de
valider.
éveloppement Durable 1
ere
STI2D mécaniques
portail SET
TP (2h00) TRANS
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Contrainte de coïncidence.
Cliquer successivement sur les 2 surfaces désirées,
puis choisir la contrainte de coïncidence avant de
1ère
STI2D Transmission de mouvement de
Ouvre-portail.solaire_Sujet
7.3. Méca3d : le mécanisme.
Pour se placer sous Méca3D, intégré à SolidWorks, il suffit de cliqu
7.3.1. Déclarer l’axe moteur comme une classe d’équivalence sous Meca3D.
Dans l’arborescence Meca3D, double-cliquer sur
Dans la fenêtre principale de SolidWorks, cliquer sur l’axe mote
de la pièce » que le composant ajouté est bien l’axe moteur. Cliquer sur
l’arborescence Méca3D.
7.3.2. Créer les liaisons manquantes.
Dans l’arborescence Meca3D, double-cliquer sur
cliquant droit sur Liaisons et en sélectionnant
Liaison Pivot d’axe z entre le bâti et l’axe moteur
• Sélection du type de liaison : Pivot.Suivant.
• Nom : Pivot1 ; Entre les pièces : bati<1> et
• Cliquer sur Coaxiale8.
Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET
Sujet
mécanisme.
Pour se placer sous Méca3D, intégré à SolidWorks, il suffit de cliquer sur l’onglet Meca3D
Déclarer l’axe moteur comme une classe d’équivalence sous Meca3D.
cliquer sur mécanisme puis cliquer droit sur pièces
Dans la fenêtre principale de SolidWorks, cliquer sur l’axe moteur. Vérifier dans la boîte de dialogue «
» que le composant ajouté est bien l’axe moteur. Cliquer sur ajouter.La pièce apparaît dans
Créer les liaisons manquantes.
cliquer sur mécanisme puis créer les deux liaisons
et en sélectionnant Ajouter :
xe moteur :
: Pivot.Suivant.
: bati<1> et axe moteur<1>. Suivant.
TP
8/12
Meca3D.
Déclarer l’axe moteur comme une classe d’équivalence sous Meca3D.
pièces et ajouter.
ur. Vérifier dans la boîte de dialogue « Ajout
La pièce apparaît dans
liaisons manquantes en
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 9/12
• Lorsque les données géométriques sont satisfaites, Meca3D affiche un drapeau vert en face des
contraintes choisies, cliquer alors sur « Terminer ».
Remarque : Dans l’arborescence de Méca 3D :
• Cliquer sur le + devant Pivot1 permet de vérifier les pièces en liaison.
• Cliquer sur la liaison met en surbrillance, sur le dessin, les pièces et le repère de la liaison.
• Pour corriger et modifier une liaison, cliquer droit sur celle-ci.
Système roue et vis sans fin entre l’axe moteur et l’arbre intermédiaire :
• Sélection du type de liaison : Roue / Vis Engrenage gauche. Suivant.
• Nom : Roue / vis1 ; Entre les pièces : axe moteur <1> et arbre intermédiaire <1>. Suivant.
• En maintenant la touche « Ctrl » enfoncée, cliquer sur Une partie cylindrique de votre axe moteur et
de votre arbre intermédiaire.
• Indiquer le nombre de dents de la Roue I (Z = 1) et de la Roue II (Z = 31). Terminer.
1ère
STI2D Transmission de mouvement de
Ouvre-portail.solaire_Sujet
7.4. Analyse.
Avant de voir bouger votre mécanisme, il faut que l’ordinateur calc
mécanisme va prendre. Pour cela :
Cliquer à droite « Analyse » puis « Calcul mécanique…
7.4.1. Sélection des liaisons et composantes d’entrée ou pilotes.
La colonne liaison permet de sélectionner, pour
Dans cette exercice, vous devez piloter 1 paramètre (degré de mobilité = 1)
Choisir : Pivot1
Les colonnes suivantes permettent de caractériser le mouvement d’entrée de la liaison pilote
Choisir mouvement de rotation uniforme suivant x à la v
7.4.2. Sélection du type d’étude.
• Géométrique : Etude des déplacements des pièces et des trajectoires de points.
• Cinématique : Etude des déplacements, vitesses et accélérations des pièces
de points.
• Statique : Etude des déplacements des pièces, des trajectoires de points et des efforts.
• Cinématique et statique : Regroupe les objectifs des études cinématique et statique.
• Dynamique : Etude complète du système en
Choisir ici une étude cinématique.
7.4.3. Nombre de postions et durée du mouvement.
L'animation du mécanisme se fera en boucle. Choisir
Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET
Sujet
Avant de voir bouger votre mécanisme, il faut que l’ordinateur calcule les positions successives que le
Calcul mécanique… » et « Continuer ».
Sélection des liaisons et composantes d’entrée ou pilotes.
La colonne liaison permet de sélectionner, pour chaque degré de mobilité, la liaison d’entrée (ou motrice).
Dans cette exercice, vous devez piloter 1 paramètre (degré de mobilité = 1) :
Les colonnes suivantes permettent de caractériser le mouvement d’entrée de la liaison pilote
r mouvement de rotation uniforme suivant x à la vitesse de 1400 tours/min.
Sélection du type d’étude.
Géométrique : Etude des déplacements des pièces et des trajectoires de points.
Cinématique : Etude des déplacements, vitesses et accélérations des pièces
lacements des pièces, des trajectoires de points et des efforts.
Cinématique et statique : Regroupe les objectifs des études cinématique et statique.
Dynamique : Etude complète du système en dynamique.
Nombre de postions et durée du mouvement.
L'animation du mécanisme se fera en boucle. Choisir 1400 positions sur une durée de
Lancer le «
« Sortie du
TP
10/12
ule les positions successives que le
chaque degré de mobilité, la liaison d’entrée (ou motrice).
Les colonnes suivantes permettent de caractériser le mouvement d’entrée de la liaison pilote :
Géométrique : Etude des déplacements des pièces et des trajectoires de points.
Cinématique : Etude des déplacements, vitesses et accélérations des pièces ainsi que des trajectoires
lacements des pièces, des trajectoires de points et des efforts.
Cinématique et statique : Regroupe les objectifs des études cinématique et statique.
sur une durée de 6 secondes.
Lancer le « Calcul », puis
Sortie du calcul ».
1ère
STI2D Transmission de mouvement de
Ouvre-portail.solaire_Sujet
7.5. Résultats.
7.5.1. Simulation du mouvement.
Cliquer à droite sur Résultats <Scénario 1>, puis «
bouton « lecture ».
7.5.2. Consultation des résultats.
Cliquer à droite sur « Courbes », puis «
« Simple… ».
Remplir la fenêtre « Consultation de résultats
que proposé ci-contre, puis cliquer sur « consulter
Q17. Relever la valeur de la vitesse de rotation de l’arbre de sortie.
Q18. Faire de même avec l’arbre moteur afin de relever sa vitesse de rotation.
Q19. Calculer le rapport de réduction global R
Q20. Comparer les résultats à ceux de l’étude précédente et conclure brièvement.
Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET
Sujet
Simulation du mouvement.
Cliquer à droite sur Résultats <Scénario 1>, puis « Simulation… », et animer la simulation en appuyant sur le
Consultation des résultats.
, puis « Ajouter » et
Consultation de résultats » tel
, puis cliquer sur « consulter ».
valeur de la vitesse de rotation de l’arbre de sortie.
Faire de même avec l’arbre moteur afin de relever sa vitesse de rotation.
le rapport de réduction global Rtotal en fonction des vitesses de rotation relevées.
ceux de l’étude précédente et conclure brièvement.
TP
11/12
nimer la simulation en appuyant sur le
Faire de même avec l’arbre moteur afin de relever sa vitesse de rotation.
en fonction des vitesses de rotation relevées.
ceux de l’étude précédente et conclure brièvement.
1ère
STI2D Transmission de mouvement de l’ouvre-portail SET TP
Ouvre-portail.solaire_Sujet Sujet 12/12
8. Pour aller plus loin : Vérification de la vitesse de rotation de la manivelle
8.1. Déterminer l’angle balayé par la manivelle.
Q21. Après avoir déverouillé le portail avec le professeur, déterminer (en degrés) l’angle α balayé par la
manivelle, puis convertir cet angle en radian.
α=
8.2. Calculer le temps d’ouverture du vantail.
Q22. Convertir la fréquence de rotation de la manivelle Nman (en tour/min) en vitesse angulaire ωman
(en rad.s-1
).
Q23. Connaissant la vitesse angulaire ωman et l’angle balayé par la manivelle α, calculer le temps
d’ouverture du portail touverture.
8.3. Vérification.
Le chronométrage doit se faire lors de la phase d’apprentissage, pendant laquelle il n’y a pas de
ralentissement à l’approche des butoirs.
Q24. Vérifier par chronométrage le temps d’ouverture, puis conclure.