Applications de mécanique sur le support lève-barrière

1. Applications de mécanique sur le support lève-barrière

2. un support matériel, disponible sous 2 aspects : un lève-barrière réel, de fonctionnement automatisé une partie opérative mécanique, de manœuvre manuelle un modeleur volumique un progiciel de mécanique

3. la partie opérative du lève-barrière : • un moteur asynchrone monophasé • un réducteur roue-vis sans fin ( et variateur de vitesse ) • des effecteurs de transmission de mouvement • une barrière • différents principes de détection ( fins de course TOR, boucles de courant, … ) la partie commande du lève-barrière : • un automate programmable la partie communication : • pupitre, PC et boîtier TCPIP

4. les objectifs abordés du référentiel : B21 : mobilité des mécanismes C111 : liaisons mécaniques normalisées C113 : transmission des mouvements, cinématique des mécanismes C114 : frottement entre solides C121 : travail et puissance d'une force et d'un couple D1 : schématisation D2 : représentation géométrique du réel

5. Cinématique du lève-barrière

6. activités proposées : • découverte du mécanisme et de son fonctionnement • construction d'un modèle cinématique isostatique • pilotage du modèle cinématique • affichage de résultats • modification d'un paramètre du modèle volumique et conséquences sur • le fonctionnement • simulation de fins de course • intervention sur le réel • synthèse

7. découverte du mécanisme et de son fonctionnement par identification des classes d'équivalence du mécanisme par manoeuvre du réel et / ou du virtuel

8. construction d'un modèle cinématique isostatique traduction des contraintes d'assemblage du modeleur volumique assemblage du modeleur : coaxialité + coïncidence degré de liberté rotation interprétation du traducteur de contraintes

9. construction d'un modèle cinématique isostatique "réparation" du modèle cinématique le mécanisme étant déclaré hyperstatique, il faut revoir la modélisation de certaines liaisons

10. pilotage du modèle cinématique manuellement, pour vérification ( en faisant évoluer la position angulaire du degré de liberté rotation considéré ) en paramétrant un mouvement imposé pour la liaison considérée motrice du mécanisme

11. simulation du fonctionnement envisagé

12. affichage des résultats le grapheur permet l'affichage des courbes relatives aux caractéristiques cinématiques et dynamiques de toutes* les liaisons modélisées

13. embout écrou tendeur plan de jauge modification d'un paramètre du modèle volumique avec pour objectif la recherche d'une position initiale horizontale de la barrière principe du réglage envisagé : modifier l'entr'axe de la biellette astuce : le contact écrou-tendeur coïncide avec un plan de jauge propre au composant "embout", … de position paramétrée par le modeleur volumique …

14. simulation de fins de course … par la création de butées angulaires limitant le mouvement moteur du modèle cinématique

15. simulation du fonctionnement optimisé

16. intervention sur le réel

17. synthèse

18. Dynamique du lève-barrière

19. activités proposées : • construction d'un modèle cinématique isostatique • pilotage du modèle cinématique • étude de l'influence de la gravité sur la valeur du couple moteur • étude de l'influence du frottement sur la valeur du couple moteur • modification d'un paramètre du modèle volumique et évolution • des caractéristiques mécaniques de la transmission de puissance • exploitation des résultats

20. pivot d'axe z i rotule rotule pivot d'axe z j construction d'un modèle cinématique isostatique … à partir d'un schéma proposé ( schéma spatial ), … … l'assemblage se fait alors par définition des liaisons entre sous-assemblages ( classes d'équivalence ) créées par le modeleur volumique

21. construction d'un modèle cinématique isostatique

22. étude de l'influence de la gravité sur la valeur du couple "moteur"

23. étude de l'influence du frottement sur la valeur du couple "moteur"

24. G G C f 0 C f 0 C red-frot C red-frot £P £P interprétation des résultats

25. réducteur : rapport de réduction r = 1 / 80 rendement réducteur η red = 50 % & puissance sortie réducteur Pred couple sortie réducteur C red & puissance utile moteur Pmot moteur : n mot = 1500 tr/min détermination du couple moteur relations de transmission de puissance : P = C x ω ( puissance mécanique de rotation = couple x vitesse angulaire ) W N.m rad/s r = n sortie / n entrée ( rapport de réduction = fréquence de rotation sortie / fréquence de rotation entrée ) η = P sortie / P entrée ( rendement = puissance utile ou puissance de sortie / puissance absorbée ou puissance d'entrée ) ω = π x n / 30 ( ω en rad/s et n en tr/min )

26. modification d'un paramètre du modèle volumique modification de la longueur de lisse

27. détermination de la puissance motrice couple et vitesse angulaire de l'arbre de sortie du réducteur P = C x ω …

28. … et ça marche !

29. commentaires, … d'un point de vue matériel support : - matériel simple, robuste et de qualité - faisant partie de l'environnement quotidien des élèves - système autonome et chaîne fonctionnelle - partie opérative visible - interventions sur la partie opérative envisageables - de coût très abordable …

30. … d'exploitations pédagogiques multiples et variées : - analyse fonctionnelle - "rgao", cinématique, statique, dynamique, … avec ou sans progiciel • étude de composants et sous-ensembles fonctionnels types • ( réducteur roue-vis sans fin, éléments roulants, rotules, bielles, manivelles, … ) - interventions sur la partie opérative ( démontage, réglage, tests de performances ) • comparaison avec d'autres produits, de fonctionnalités voisines • configuration de parties commandes ( grafcet, gemma ) • communication • électrotechnique ( couplage moteur, variation de vitesse, protection magnéto-thermique ) • études de différents principes de détection ( capteurs TOR, boucles de courant )

31. commentaires, … d'un point de vue matériel d'exploitation : modeleur et progiciel de mécanique très gourmands ! configuration minimum : - processeur de fréquence 500 Mhz - mémoire RAM : 128 Mo ( 64 ) - moniteur 17 pouces ( résolution 1024 x 768 ) - lecteur et graveur de CDROM - windows 2000 ( 98 )

32. commentaires, … propres au progiciel de mécanique : … et en comparaison avec d'autres produits, utilisés par le passé … • on travaille directement sur le modèle volumique • ( le schéma cinématique n'est plus nécessaire ) • on parle enfin d'isostatisme • ( et on traite les problèmes d'assemblage en conséquence ) • facilité de modifier un composant • ( et d'en percevoir directement les conséquences ) …

33. … hautes performances de l'affichage des résultats : - en visualisation 3D évolution dynamique des efforts mais aussi : rendu dynamique des rebonds … des amortissements détections de collision … - en traitement de courbes

34. … c'est tout !