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

7/12

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.