journée s.si du 26 mars 2003

Journée S.SI du 26 mars 2003.

Présentation Ajaccio …

Centres d’Intérêt :

Axes de formation:

• chaîne d’information

• Représentation

• Analyse fonctionnelle

CI2 CI3 CI4 CI5 CI6 CI7 CI8 CI9 CI10

• chaîne d’énergie

CI11 CI12CI1

19 thématiques

14 thématiques

9 thématiques

3 thématiques

Mise en situation

CI5: Transmission de puissance, transformation de mouvement

E11

Centre d’intérêt :

Thème d’étude :

E11: Étude de la transmission de puissance entre arbres parallèles.

Déterminer les grandeurs cinématiques caractéristiques associées à la fonction réalisée.

E11: Étude de la transmission de puissance entre arbres parallèles.

Tracer la relation entrée / sortie.

B.22 Les composants mécaniques de transmission

Mise en situation

CI5: Transmission de puissance, transformation de mouvement

Centre d’intérêt :

Thème d’étude :

Compétences attendues :

Savoir et savoirs faire associés:

Support :

Scanner

Axe de formation :

La chaîne d’énergie

Axe de formation :

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE

- prise réseau - raccord

réseau - pile, batterie,

accumulateur

- contacteur - relais et relais

statique - variateur - distributeur

- machines asynchrones

- machines à courant continu avec et sans balai

- vérins

- assemblage démontable - guidage en rotation - guidage en translation - accouplement, embrayage,

limiteur de couple, frein - poulies-courroies,

engrenages - systèmes vis-écrou et

transformateurs plans

ordres,

messages

source

d’énergie

énergie

électrique,

hydraulique,

pneumatique

énergie

mécanique

énergie disponible

pour l’ACTION

demandée par le

cahier des charges

Mise en situation

La chaîne d’énergie

TP Scanner …

Problématique : Numériser une page avec une précision de 1200 ppi

Zone d’étude Engrenages Moteur PaP Poulies Courroies Dossier techniqueQuestionnaire

Organisation du TP : 2 à 3 groupes d’élèves

Partie expérimentale

Partie

théorique

Approche externe

Approche interne

TP Scanner …

Il est composé de :

Travail demandé

Zone d’étude Engrenages Dossier techniqueQuestionnaire

Partie expérimentale

Partie

théorique

Cliquez sur la partie que vous désirez traiter

Fin du TP

Conclusion

Moteur PaP Poulies Courroies

A - Étude expérimentale

Description de la manipulation

- Positionner une feuille sur la glace du scanner.

- Repérer sur la feuille (par un trait) la position du chariot avant le mouvement.

- Cliquer ici pour lancer le programme MOT-PAP.

- Saisir le nombre de d’impulsions (voir feuille TP).

- Choisir une vitesse quelconque.

- Choisir un sens de marche.

- Choisir le type de commande : pas entier.

- Commander le début du mouvement.

- A la fin du mouvement repérer sur la feuille (par un trait) la position du chariot.

- Mesurer la valeur de la distance parcourue par le chariot. (distance entre les 2 traits) et complétez votre compte rendu. (questions …..).

Déterminer expérimentalement la loi reliant la rotation du moteur, à la translation du chariot.


Infos sur moteur employé:


Transmettre

Partie 1: Étude du réducteur

B- Étude théorique.


Nous allons étudier ici, en détail, les différents éléments du système de transformation de mouvement du scanner.

Cette étude est décomposée en 3 parties :

Énergie mécanique

(rotation)

Adapter

Énergie mécanique adaptée

(rotation)Réducteur à engrenages

Partie 2: Étude du Système poulies courroie


(rotation)

Transformer

Énergie mécanique transformée

(translation)Poulies courroieCes 2 parties sont

indépendante

Partie 3 Synthèse

Clic

On remet le lien


• Pour plus de détails sur le réducteur à engrenages employé :



Partie 1- Réducteur à engrenages.

Étudier le réducteur à engrenages revient à déterminer le rapport de réduction du réducteur « r ».

Énergie mécanique

(rotation)

Adapter



Nombre de tour du

moteur ne

Adapter

Nombre de tour de

l’arbre de sortie ns

Rapport de

réduction r

La loi entrée sortie du réducteur est:

Pour réaliser cette étude, répondre aux questions de la page 4 de votre compte rendu

ns = r x ne


• Pour plus de détails sur le système poulie courroie employé :



Partie 2- Système poulies courroie

Étudier le réducteur à engrenages revient à déterminer le rapport de transmission du réducteur « t ».


(rotation)

Transformer

Énergie mécanique

(translation)

Poulies courroie

Nombre de tour en sortie du réducteur

ns

Transformer

Distance parcourue

par le chariot L

Rapport de transmission

t

La loi entrée sortie du réducteur est:

Pour réaliser cette étude, répondre aux questions de la page 5 de votre compte rendu

L = t x nsmm tour

mm/tour


B- Etude théorique.


Partie 3: Synthèse

Vous avez étudié d’une manière indépendante :

- le réducteur à engrenages - le système poulies courroie

Transmettre


(rotation)

Transformer

Énergie mécanique transformée

(translation)Poulies courroie

Réalisons maintenant la « jonction » et étudions le système de transmission de puissance dans sa globalité.

Énergie mécanique

(rotation)

Adapter



Répondre aux questions de la page 6 de votre compte rendu.

=Égalité


C- CONCLUSION.


Vérifier que le scanner peut numériser une page avec la résolution annoncée par le constructeur.

Pour plus de détail sur la résolution consultez le dossier ressource :

Pour plus de détail sur le moteur employé, consultez le dossier ressource :

Pour cela, répondre aux questions de la page 7.


Vous avez fini le TP et ...

• Il vous reste beaucoup de temps …

• Il vous reste peu de temps …

• C’est l’heure …

Vérifions la résolution du scanner l’aide de la maquette numérique.

Pour pouvoir traiter cette partie, nous remplacerons le

système poulies courroie par un système pignon

crémaillère.

La valeur du déplacement de la crémaillère est identique à la valeur du déplacement de la courroie.

Démarche proposée:

• Cliquer ici pour ouvrir la maquette numérique.

• Sous méca 3D créez les liaisons.

• Faites déplacer la crémaillère de 1 pouce et vérifiez que le moteur effectue le bon nombre de tour.

Pourquoi les scanners à plat n’utilisent t’ils pas un système pignon crémaillère?

Fin du TP

Vérifions la résolution du scanner l’aide de la maquette numérique.

Pour pouvoir traiter cette partie, nous remplacerons le

système poulies courroie par un système pignon

crémaillère.

La valeur du déplacement de la crémaillère est identique à la valeur du déplacement de la courroie.

Démarche proposée:

• Cliquer ici pour ouvrir la maquette numérique.

• La modélisation sous méca 3d est déjà réalisée.

• Faites déplacer la crémaillère de 1 pouce et vérifiez que le moteur effectue le bon nombre de tour.

Pourquoi les scanners à plat n’utilisent t’ils pas un système pignon crémaillère?

Fin du TP

Présentation de la zone d’étude:MOe

chaîne d’énergie

Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Agir

MOs

Zone d’étude


Convertir Transmettre


Convertir Transmettre

Énergie électrique Énergie mécanique

(rotation)

Énergie mécanique

(translation)

Réducteur à engrenages

Système Poulies courroie

Moteur pas à pas

Cliquez sur les liens

Présentation de la zone d’étude:

Zone d’étude Engrenages Dossier technique

Adapter Transformer


(rotation)

Questionnaire Moteur PaP Poulies Courroies

Moteur pas à pas du scanner Agfa e20

Énergie électrique

distribuée

Convertir

Moteur pas à pas

Énergie mécanique

(rotation)

Le moteur du scanner est un moteur pas à pas, à 96 pas par tour, commandé en demi pas pour la résolution maximale de 1200ppi.

Zone d’étude Engrenages Moteur PaP Dossier techniqueQuestionnaire Poulies Courroies

Réducteur à engrenages du scanner Agfa e20

Le réducteur est constitué des pignons 1 et 3, des roues 2 et 4, à dentures droites.

4 1 Roue Z4 = 36 m = 0,5

3 1 Pignon intermédiaire Z3 = 10 m = 0,5

2 1 Roue Z2 = 25 m = 0,5

1 1 Pignon moteur Z1 = 15 m = 0,5

Rep Nb Désignation Caractéristiques

1

2

3

4Le pignon 1 entraîne la roue 2 qui est liée au pignon 3 qui entraîne la roue 4.

Caractéristiques des constituants du réducteur:

Énergie Mecanique

(Rotation)

Adapter

Réducteur

Énergie mécanique

(rotation)

Zone d’étude Engrenages Dossier techniqueQuestionnaire Moteur PaP Poulies Courroies

Réducteur à engrenages du scanner Agfa e20

Cliquez pour visualiser une animation

Zone d’étude Engrenages Dossier techniqueQuestionnaire Moteur PaP Poulies Courroies

Système poulie courroie du scanner Agfa e20

Énergie Mecanique

(Rotation)

Adapter

Poulie

Courroie

Énergie mécanique

(translation)

La poulie motrice est le pignon de sortie du réducteur

Liaison complète entre le chariot et la courroie

Une translation de la courroie entraîne la translation du chariot

Poulie libre montée sur un tendeur de courroie à ressort

Zone d’étude Engrenages Poulies Courroies Dossier techniqueQuestionnaire Moteur PaP

5 1 Poulie Z5 = 12 Pas = 2,032mm

4 1 Roue Z4 = 36 m = 0,5

3 1 Pignon intermédiaire Z3 = 10 m = 0,5

2 1 Roue Z2 = 25 m = 0,5

1 1 Pignon moteur Z1 = 15 m = 0,5

Rep Nb Désignation Caractéristiques

1

2

3

4

Caractéristiques des constituants du système poulie courroie:

Système poulie courroie du scanner Agfa e20

Courroie dentée, à denture MXL, pas de denture 0,080’’= 2,032mm

Poulie d’entraînement de courroie : nombre dents Zd = 12 dents.

Zone d’étude Engrenages Poulies Courroies Dossier technique

1

2

3

4

1

2

3

4

5

Questionnaire Moteur PaP

Au menu :

1/ Principe de base

2/ Exemple : Le moteur pas à pas 4 phases

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

3/ Différents modes de commande

4/ Un peu de technologie

~ Les moteurs pas à pas ~

Retour à l’activité

La circulation d'un courant électrique dans un bobinage entraîne l'apparition d'un champ magnétique, comme le détaille la figure de gauche dans le cas du solénoïde, et donc la présence de pôles Nord et Sud .

1/ Principe de base

Courant électrique

BobinageChamp magnétique

Pôles

Nota: Deux pôles de même nature se repoussent, deux pôles Nord et Sud s'attirent.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e. 2/ Le moteur pas à pas

Étape 1, position 1 :

Premier bobinage (stator bleu) :

- Phase 1 (inter gauche) non alimentée.- Phase 2 (inter droit) alimentée.

Second bobinage (stator vert) :

- Phase 1 (inter gauche) alimentée.- Phase 2 (inter droit) non alimentée.


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc


Étape 2, position 2 :

Premier bobinage :

- Phase 1 alimentée.- Phase 2 non alimentée.

Second bobinage :

- Phase 1 alimentée.- Phase 2 non alimentée.


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc


Etape 3, position 3 :

Premier bobinage :- Phase 1 alimentée.- Phase 2 non alimentée.

Second bobinage :- Phase 1 non alimentée.- Phase 2 alimentée.


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc


Etape 4, position 4 :

Premier bobinage :- Phase 1 non alimentée.- Phase 2 alimentée.

Second bobinage :- Phase 1 non alimentée.- Phase 2 alimentée.


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc


Le moteur pas à pas, représenté à droite, est constitué d'un rotor aimanté (en gris) avec deux pôles, Nord et Sud, ainsi que d'un double stator (une partie en bleu, l'autre en vert).

A chacune de ces deux parties, est associé un bobinage avec un point milieu et deux phases ; en alimentant l'une ou l'autre des phases, on peut ainsi inverser l'aimantation au niveau du stator correspondant.

Comme le montre l'animation, une rotation s'effectue en quatre étapes, reprises dans ce qui suit. La flèche noire représente l'aiguille d'une boussole qui serait disposée en place et lieu du rotor ; elle indique l'orientation du champ magnétique (elle pointe vers le nord, qui attire donc le pôle Sud du rotor) et se décale alors d'un quart de tour à chaque étape :


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Bobine A

Bobine B

Temps

Temps

normal mode pas entier3/ différents modes de commande :


Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

pleine onde mode pas entier

Bobine A

Bobine B

Temps

Temps


3/ différents modes de commande :

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.


demi pas

Bobine A

Bobine B

Temps

Temps

C’est la combinaison des 2 modes précédents

3/ différents modes de commande :

4/ Un peu de technologie


• Moteur à réluctance variable.Après l'alimentation d'une phase du stator, le rotor se positionne pour permettre le trajet minimal aux lignes de force du circuit magnétique. La réluctance du circuit magnétique est alors minimale.

• Moteur à aimant permanentLe rotor qui est un simple aimant permanent se positionne par rapport à la phase alimentée suivant les lois d'attraction et de répulsion des pôles d'aimants.

• Moteur hybrideSa conception est une combinaison des deux types précédents, le rotor est un aimant cylindre à magnétisation axiale. Il offre un nombre élevé de pas par tour, jusqu'à 500 pas maximum.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

1. Généralités

2. Fonctions, Principe

3. Module d’un pignon

4. Rapport de réduction d’un engrenage

5. Engrenage cylindrique à denture droite

6. Engrenage cylindrique à denture hélicoïdale

7. Engrenage intérieur

8. Engrenage conique

9. Roue et vis sans fin

10. Association de réducteurs

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e. MENU:

D’après la présentation récupérée sur le CD du Séminaire d’Albi Janvier 2003 Retour à l’activité

1-GENERALITES:

Un engrenage est un mécanisme constitué de deux roues dentées mobiles autour d'axes de position relative invariable.

Une des roue entraîne l'autre par l'action de dents successivement en contact.

La plus petite des roues est appelée PIGNON et la plus grande ROUE.

La position relative des axes permet de distinguer:

* les engrenages à axes parallèles à denture droite ou à denture hélicoïdale.

* les engrenages à axes concourants (engrenages coniques).* les engrenages gauches, les axes ne sont pas dans le même plan (roue et vis sans fin).

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

PIGNON

ROUE

Transmettre la puissance entre deux arbres rapprochés avec modification du couple transmis et de la vitesse de rotation.Le rapport des vitesses est rigoureux et constant,le couple transmis peut être important.

Dans une transmission par engrenage, on a une transmission de puissance par obstacle. C’est à dire par contact direct et successif des dents du pignon et de la roue.

2-FONCTION - PRINCIPE:

Engrenage

rapport de réduction: r

Arbre d’entréee:vitesse d’entréeCe:couple d’entrée

Arbre de sorties:vitesse de sortieCs:couple de sortie

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Pour assurer la transmission , les pas du pignon et de la roue doivent être identiques donc:

On a donc : d = m × Z1 = m × Z2

pas 2p

as 1

Pignon 1Z1 dents

Roue 2Z2 dents d1

d2

pas 1 = pas 2 = pas = p

On a:

3-LE MODULE:

Soit d1, le diamètre primitif du pignon.

Soit d2, le diamètre primitif de la roue.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

π × d1 = p × Z1 = périmètre du cercle primitif de la roue

Donc

Le rapport est appelé module de l’engrenage,

Il est noté m

pd1 Z1

p

d = m × Z

Le module est défini parmi des valeurs normalisées.

Il sera déterminé en fonction de la puissance à transmettre et de la résistance du matériau constituant la denture.

Pour un même diamètre primitif d, les dimensions de la denture ainsi que le nombre de dents, varient en fonction du module.

3-LE MODULE:D

oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

d = m × Z

Cliquer pour animer

4-RAPPORT DE REDUCTION:

Remarque: Le signe «– » proviens du fait que le pignon et la roue tournent ici dans des sens opposés.

Un élément essentiel d’une transmission par engrenage est le rapport des vitesses de rotation, appelé rapport de transmission r

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

On s’aperçoit que la roue rouge tourne moins vite que le pignon gris.

s s

e e

Nr

N

ωs = vitesse de rotation de la sortie en radian par seconde

ωe = vitesse de rotation de l’entrée en radian par seconde

Ns = vitesse de rotation de la sortie en tour par minute

Ne = vitesse de rotation de l’entrée en tour par minute

5-LES ENGRENAGES CYLINDRIQUES A DENTURE DROITE:

Diamètre primitif: d = m.Zpas: p = π.msaillie: ha = mcreux: hf = 1,25.mhauteur: h = ha + hf = 2,25.mdiamètre de tête: da = d + 2.mdiamètre de pied: df = d - 2,5.mlargeur denture: b = k . m (avec 7<k<12)

Représentation:

Caractéristiques de la denture:

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

6-LES ENGRENAGES CYLINDRIQUES A DENTURE HELICOIDALE:

De même usage que les précédents, ils sont très utilisés en transmission de puissance. Les dents des roues sont inclinées par rapport à l'axe de rotation des deux arbres.

A taille égale, ils sont plus performants que les précédents pour transmettre puissance et couple. Du fait d'une meilleure progressivité et continuité de l'engrènement, ils sont aussi plus silencieux.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Pas réel : Pn = pi . mn = pt . cos BPas apparent: Pt = π . mtModule réel: mn = pn / πModule apparent: mt = mn / cosBDiamètre primitif: d = mt . Zsaillie: ha = mncreux: hf = 1,25.mnhauteur: h = ha + hf = 2,25.mndiamètre de tête: da = d + 2.mndiamètre de pied: df = d - 2,5.mn

Représentation

Caractéristiques de la denture:

6-LES ENGRENAGES CYLINDRIQUES A DENTURE HELICOIDALE:D

oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

L-LES ENGRENAGES INTERIEURS:

Il est important de remarquer que le pignon et la couronne tournent dans le même sens.

Ce type d’engrenage peut être à denture droite ou hélicoïdale. Dans ce cas, on ne parle pas de pignon et de roue mais de pignon et de couronne.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

8-LES ENGRENAGES CONIQUES:

Leurs dents sont taillées dans des surfaces coniques. Ils sont utilisés pour transmettre le mouvement entre des arbres concourants, perpendiculaires ou non.

Pour un bon fonctionnement du couple conique, les sommets des cônes doivent être confondus. Il faut donc prévoir un montage permettant le réglage de la position axiale de ces engrenages

Leur denture peut être droite mais aussi hélicoïdale.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

9-LES ROUES ET VIS SANS FIN:

Représentation

En fonction de l'angle d'inclinaison d'hélice, le système peut être irréversible.

On peut atteindre de très grands rapports de réduction (plus de 100) mais le rendement est faible.

L'une des roues ressemble à une vis (avec un ou plusieurs filets) et l'autre à une roue à denture hélicoïdale. Habituellement c’est la vis qui est motrice.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Parfois, il est nécessaire d’associer plusieurs réducteurs entre eux.

Exemple:

10-ASSOCIATION DE REDUCTEURS:

Pe = Ce . ωe Pi = Ci . ωi Ps = Cs . ωs

P = Puissance en W

C = Couple en N . M

Ω = vitesse de rotation rad/s

Réducteur à engrenages

Rapport r1, rendement η1Réducteur à engrenages

Rapport r2, rendement η2

ir1

e

s

r2i

Par définition : et ; d’où:

s s irapport global r

e i e

r = r1 . r2

Par définition : et ; d’où: η = η1 . η 2Pi1

Pe

Ps2

Pi

Ps Ps Pirendement global

Pe Pi Pe

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Transmission de puissance par courroie crantée

1 . Généralités.

2. Grandeurs caractéristiques.

3. Loi entrée – sortie.

4. Désignation

Do

ssie

r re

sso

urc

e.

Do

ssie

r re

sso

urc

e.


Transmission de puissance par courroie crantéeD

oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

Poulies :

Les poulies sont également dentées. Elles portent des flasques latéraux (sur au moins l’une des poulies) qui permettent de maintenir la courroie en place.

Courroie :

Les courroies dentées permettent un entraînement « synchrone » (sans glissement) comme les engrenages et les chaînes, mais avec un minimum de bruit et de lubrification.

Elles sont légères et de bas prix.

1 . Généralités


oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

2. Grandeurs caractéristiques

- leur pas (p)

- leur longueur (Lp) (multiple entier du pas).

Les courroies crantées sont caractérisées par:

- leur largeur (b)

de

Zpd

de = diamètre d’enroulement de la poulie

Zd = nombre de dent de la roue

P = pas au primitif

On a :

D’où :

de Zpdprimitifaupérimètre


oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

3. Loi entrée sortie

de

θ

re

2

dred e

Lorsque la courroie avance de d (mm),La poulie tourne d’un angle Θ (radian) tel que:

de = diamètre au primitif de la roue

On a donc :

d’où

2

dd e

2

dV e

mm mm radian

mm/s mm Radian/s


oss

ier

ress

ou

rce.

D

oss

ier

ress

ou

rce.

4. Désignation

Résolution du scanner Agfa e20La résolution de l’image est définie par un nombre de « pixels » (Picture élément) par unité de longueur.

Cette définition est indiquée en :

- dpi (dots per pouce) - ppi (pixels per inch). (1 pouce = 1 inch = 25,4 mm).- ppp (points par pouce)

Le matériel de numérisation étudié, le scanner à plat e20 de Agfa, propose une résolution optique de 600 x 1200 ppi pour une zone de numérisation de 260mm x 297mm (8,5 x11,7 pouces).

A la résolution de 1200 ppi, le moteur avance de ½ pas entre chaque ligne numérisée.

Il avance donc de 1200 ½ pas pour numériser une longueur de 25,4 mm


FIN du TP

journée s.si du 26 mars 2003

Documents