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Projet LASPOUGEAS Sommaire du dossier technique: Historique du projet Laspougeas 1 à 2 Les objectifs pédagogiques 3 à 5 Présentation des élèves de terminale.

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1 Projet LASPOUGEAS Sommaire du dossier technique: Historique du projet Laspougeas 1 à 2 Les objectifs pédagogiques 3 à 5 Présentation des élèves de terminale BEP 6 à 8 Les travaux des élèves du LP Béjuit 1. Le chassis, présentation générale9 à Le moteur 2.1 schéma densemble et cylindrée le piston la tubulure Admission14 à la soupape Admission le rapport volumétrique le bloc moteur18 3. Fonctionnement du moteur par questions/réponses 3.1 démarrage du moteur quel carburant? alimentation en mélange carburé réglage du dosage fonctionnement de la soupape Echappement23 à accélération et décélération quel système dallumage? circuit de refroidissement27 4. Fonctionnement de la transmission 4.1 schématisation de la boite de vitesse chaîne cinématique en 1°29 calcul du rapport en 1° 4.3 chaîne cinématique en 2°30 calcul du rapport en 2° 4.4 chaîne cinématique en 3°31 calcul du rapport en 3° 4.5 chaîne cinématique en marche AR32 calcul du rapport en marche AR 5. Calcul de la vitesse de la voiture33

2 Projet LASPOUGEAS Sommaire du dossier technique: (suite) 6. Le différentiel Quelques rappels de base Schématisation du mécanisme et de la commande fonctionnement en ligne droite fonctionnement en virage fonctionnement en marche AR38 7. La direction 7.1 descriptif et schématisation39 8. La suspension 8.1 descriptif et schématisation40 9. Le freinage 9.1 descriptif et schématisation La pesée de la voiture 10.1 méthode et premières mesures corrections et résultat final Les commandes du « tableau de bord » 11.1 schématisation et identification44

3 Projet LASPOUGEAS Historique du projet LASPOUGEAS: Dans le courant de lannée 2003, Monsieur DUPONT président de lassociation Lyon Automobile et Monsieur VAIREAUX, directeur du musée Henri MALARTRE, organisaient une rencontre entre professionnels passionnés dautomobiles anciennes et désireux de sinvestir pour la reconnaissance de ce patrimoine malheureusement ignoré du grand public. Cest dans ce contexte de réflexion constructive que le Lycée de lAutomobile Emile Béjuit de Bron, représenté par Mr LARZAT proviseur fut contacté. Progressivement, une collaboration entre lEcole Centrale de Lyon, le Lycée Professionnel Emile Béjuit de Bron et le Musée de lAutomobile Henri Malartre de Rochetaillée est née autour dun véhicule unique au monde car construit en un seul exemplaire à lépoque de la naissance de lautomobile. Il sagit dun « char à bancs » construit en 1896 par Mr Léon LASPOUGEAS, un maréchal ferrant de Saint Priest Ligoure près de Limoges, inventeur génial qui réussit à mouvoir ce véhicule par un moteur thermique entièrement conçu par ses soins. Parmi les solutions techniques jugées extraordinaires pour lépoque, on peut citer la direction à crémaillère commandée par un volant (une barre horizontale était employée alors), une boîte de vitesse à 3 rapports plus marche arrière, un différentiel à cliquets, une pompe de refroidissement par eau…… Devant lintérêt suscité par ce personnage hors du commun, (les témoignages écrits de lépoque indiquent quil était illettré….), le projet pédagogique, technique et humain devant réunir les trois acteurs se précise au fil des réunions de travail. 1. A court terme, les élèves de Lycée Professionnel Emile Béjuit vont créer de toute pièce, un dossier technique de ce véhicule, accompagné dun descriptif aussi précis que possible de son fonctionnement. 2. A moyen terme, les élèves ingénieurs de lEcole Centrale vont, à partir de ce dossier, construire une réplique du moteur et le faire fonctionner. 3. A plus long terme, une réplique de la voiture tout entière est envisagée. 1

4 Projet LASPOUGEAS Présentation du char à bancs LASPOUGEAS : La direction à crémaillère La boite de vitesse 2

5 Projet LASPOUGEAS Les objectifs pédagogiques 1. A court terme, les élèves de Lycée Professionnel Emile Béjuit vont créer de toute pièce, un dossier technique de ce véhicule, accompagné dun descriptif aussi précis que possible de son fonctionnement. Cest dans le cadre du PPCP (Projet Pluridisciplinaire à Caractère Professionnel) que prend forme le projet pédagogique encadré par des professeurs de trois disciplines différentes: Un professeur de lettres/histoire qui formera les élèves au contexte politique et social de cette époque où la société industrielle prend son envol. Un professeur de mathématiques/ sciences qui exploitera les données techniques relevées sur le véhicule afin de participer à lélaboration du dossier technique tout en traitant le programme classique (exemple: calcul des combinaisons de vitesse,( les proportions) calcul de la vitesse atteinte sur le 3° rapport, calcul de la masse de la voiture..) Un professeur de maintenance automobile qui accompagnera et supervisera létude métrologique du véhicule (mesures de tous les pièces constitutives) afin de réaliser le dossier technique devant servir à la suite du projet. Pour nos élèves de Lycée Professionnel, parfois un peu « fâchés » avec les études traditionnelles, cette démarche active où chacun à un rôle à jouer dans la réalisation du projet (les élèves sont les acteurs, les professeurs agissant en ressources aussi souvent que possible) est souvent vécue comme une chance et les expériences précédentes menées dans ce contexte lattestent: quand la réflexion abstraite sappuie sur le concret dun vécu, les objectifs flous prennent sens et le travail sen trouve valorisé. 3

6 Projet LASPOUGEAS Les objectifs pédagogiques 2. A moyen terme, les élèves ingénieurs de lEcole Centrale de Lyon vont, à partir de ce dossier, construire une réplique du moteur et la faire fonctionner. A laise dans les domaines informatiques, manipulant les logiciels de conception en 3D (Solidworks, Catia…) mais devant aussi progresser dans lorganisation et la réalisation de projets concrets, les futurs ingénieurs de lECL ont en charge de mener à bien la réalisation dune maquette numérique de chaque pièce du moteur afin dêtre en mesure de passer commande aux entreprises spécialisées qui seront chargées de les réaliser avec les procédés et les matériaux dorigine. Laspect financier fait également partie de leurs attributions. Une collaboration plus étroite entre les élèves de nos deux écoles est prévue: 2 élèves-ingénieurs assureront une formation à nos élèves du lycée professionnel sur le logiciel Solidworks 3D. Cette étape de conception théorique une fois franchie, sera suivie par la réalisation concrète dune réplique du moteur. Les entreprises sollicitées devront fournir des pièces conformes au cahier des charges élaboré: avec les procédés et les matériaux dorigine. Bien que des machines-outils modernes soient utilisées, ceci ne constitue pas une entorse à lesprit de « réplique ». Au terme de la période de fabrication, les élèves du lycée professionnel seront chargés de réaliser lassemblage du moteur ce qui entre parfaitement dans les compétences quils doivent développer. Le moteur doit fonctionner fin A plus long terme, une réplique de la voiture tout entière est envisagée. A lheure actuelle, il est trop tôt pour développer cet aspect du projet, la recherche daides extérieures et de sponsors nétant pas aboutie. 4

7 Organisation PPCP LASPOUGEAS Classe TA2 2005/06 Intervenants:Mme Dechavanne (Sciences) Mr Meyer (Lettres) Mr Marmounier (Atelier) Calendrier: Présentation aux élèves: Mardi 27 Septembre 2005 à 14H en présence de Mr Dupont Dates11/1018/10 08/11…… …….ensuite………………… Lettres 14 à 15hGR A BGR B C GR C AGR 1 (1h et 10 élèves) Sciences 15 à 16HGR B A GR C BGR A CGR 2 (1h et 10 élèves) Atelier 14 à 18hGR CGR AGR BGR 2 (1°h) + GR 1 (2°h) Techno Mr MAR (16/18h) gr A et Bgr C et Bgr C et A toute la classe Composition des groupes GR A: APTEL BALMON BELAGRA BOURGEY CALVIGNAC CHAMBION CUMINAL GR B: DJEBABLIA ENTSE OBOMA GRIMALDI GUIBOURET MARENI MOISSONNIER PINON GR C: PIROUD POURCHAIRE PUPOVAC ROSIER SIENA THEUIL A partir du MARDI 15 Novembre groupes sont constitués ( 1 et 2 ) Calendrier: Les groupes apparaissent en caractères gras Semaines N° Lettres 14h Sciences 15h Atelier 14h Atelier 15h Groupe libéré 1 H 5

8 Présentation des élèves session 2005 Le premier contact avec la voiture LASPOUGEAS est le fait de la classe TA2 (terminale BEP) en septembre En trois vagues successives, les 20 élèves se sont rendus au musée pour effectuer les mesures nécessaires à la constitution du dossier. Nous avions tous une partie de la voiture en charge: 1.Cotation du chassis: MMrs BOUROUROU, BESSON, OUAER 2.Pesée des essieux: MMrs DIAZ, PICARD, 3.Transmission:MMrs BALMON, VERNEREY, NACOURY, 4.Moteur:MMrs CARLOS, BARD, GIRARDOT, JAIMON 5.Les commandes:MMrs PEYRELON, PUYFAGES, BARD 6.SuspensionMMrs PAGAN, TACHEBOUBET 7.Direction:MMrs COMPAGNONE, JACQUES, DJEZZAR De retour au Lycée, nous avons appris à utiliser le logiciel Power Point pour mettre au propre nos mesures réelles et alimenter le dossier final qui sera présenté aux visiteurs du Musée 6

9 Présentation des élèves session 2006 Composition de la classe TA1: Messieurs:APTTEL BALMON BELAGRA BOURGEY CALVIGNAC CHAMBION CUMINAL DJEBABLIA ENTSE OBOMA GRIMALDI GUIBOURET MARENI MOISSONNIER PINON PIROUD POURCHAIRE PUPOVAC SIENA THEUIL 7

10 Présentation des élèves session 2006 Cest dans la salle informatique du CDI que chaque mardi de 14 à 16H les élèves de la classe TA1 (terminale BEP) se retrouvent pour soigner les présentations des schémas qui devront définitivement être présentés dans le dossier final sur la LASPOUGEAS. Lors des 3 séances de travail faites au mois de septembre au musée H.Malartre de nombreuses mesures ont été faites « au brouillon ». Lors de ce premier contact avec la voiture, nous avons fait connaissance avec le projet; découverte de lallure générale, de la structure du châssis, des diverses solutions technologiques souvent révolutionnaires pour lépoque (2 roues motrices, 3 vitesses de marche AV + marche AR, présence dun mécanisme « bizarre » sur la transmission (peut être un différentiel..?). direction à crémaillère, présence dun vrai volant, freins à sangles ancêtres du frein à tambour….etc). Petit à petit, les écrans se sont affinés et les meilleures présentations ont pu être sélectionnées pour compléter le dossier. Logiciel Power Point: schéma de la transmission 8

11 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le chassis: schéma général Nb de dents Roue AV Ø 720 Roue AR Ø 1000 Ø du volant

12 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le chassis:

13 150 ½ course: 60 Entrée dair frais Soupape Admission (ouverture « automatique ») Soupape Echappement Basculeur Tige de commande du basculeur Galet Came Pignon dAC Poulie de pompe à eau Ø 203,8 Galet Ressort de rappel Support de laxe de basculeur OUVERTURE/FERMETURE MONTEE (ouverture) DESCENTE Ø 35.1 L= Ø 503 Tuyauterie refroidissement 532 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur :( il tourne Sens Horaire vu du côté soupape Echappement) Avec 120 de course et 150 dalésage, la cylindrée est: ΠA²C/4 soit 3.14 x 15² x 12 x ¼ = 2119,5 centimètres cubes Alimentation en CARBURANT segments 11

14 ø115 ø50 ø Profondeur segments Profondeur ? ? PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur: détails du piston 12

15 Ø 30 Ø 60 Ø Ø Ø 30 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur: tubulure Admission (vue de dessus) CULASSE Tubulure Admission Entrée dAIR Ressort de soupape Support moteur Bougie « point chaud » 13

16 ø Ø 10 Ø 98 Ø 48 Ø 30 Ø Taraudage 20/200 Ø ? Ø Ø 47 Ø ? ressort Ø 30 ? ? 12 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur: tubulure Admission (vue de face) Ressort de soupape Tubulure admission Entrée carburant Entrée AIR 14

17 Soupape ADMISSION Ø 47.6 Ø 15 Ø 20 Filetage 12/ x PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur: 15

18 Méthode de détermination du volume de la chambre de combustion: Après obturation par les services techniques du musée des orifices de la chambre de combustion (coté cylindre et échappement), le volume est rempli deau à laide dune éprouvette Même méthode concernant le volume correspondant au retrait des soupapes Adm et Ech. Volume de la chambre principale dans la culasse500 cm3 Volume de la chambre côté soupape Admission25 cm3 Volume de la chambre côté soupape Echappement40 cm3 Volume sur le piston (sans lécrou)5,6 cm3 Soit au total:570,6 cm3 Calcul du rapport volumétrique Rapport volumétrique: V + v = ,6 = 4.68 v 570,6 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Moteur: Rapport volumétrique Rappel: cette donnée technique est essentielle dans un moteur. Elle exprime concrètement « le nombre de fois que le petit volume ( v = chambre de combustion) est compris dans le grand ( V = cylindrée)» et de ce fait, elle na pas dunité. Schéma explicatif: PMH PMB GRAND VOLUME (cylindrée) Petit volume (v) GRAND VOLUME (V + v) GRAND VOLUME (cylindrée) (v) (7) (8) (9) (10) (1) (3) (4) (5) (6) (2) Dans cet exemple, le rapport volumétrique serait de 10 ce qui correspond à nos voitures modernes. 16

19 Léger rayon 2 trous diamètre 6 gougeons répartis à ° L= ø = pas Bloc moteur LASPOUGEAS : toutes cotes en mm Raidisseur e = épaisseur = Tuyau deau 2 gougeons L = Ø pas 17

20 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses 1° question: comment démarrait le moteur? Grâce à une manivelle qui actionnait directement le vilebrequin du moteur ce qui ne devait pas être facile……. On peut cependant imaginer quand on connaît les environs de latelier dans lequel à été construit la voiture quil à souvent démarré « à la poussette ». Cette photographie montre la maison familiale de Léon LASPOUGEAS à St Priest LIGOURE près de Limoges: Les grosses portes en bois donnent accès à latelier dans lequel travaillait cet inventeur passionné. La route qui longe la propriété montre en effet une assez forte déclivité. On peut donc raisonnablement penser quen se laissant descendre le moteur démarrerait plus facilement. Et pour remonter? On voit sur cette photo un crochet …..à lavant de la voiture!!! Il servait bien sûr en cas de panne (souvent sans doute) à ramener la voiture à latelier tirée par un cheval ou un bœuf. Habitation Atelier Crochet Forte déclivité de la route Demeure de L.Laspougeas à St Priest Ligoure 18

21 3° question: comment fonctionnait la soupape dadmission? Cest une soupape dite « à dépression » donc sans commande mécanique. Le principe est le suivant: Quand le piston descend dans le cylindre au temps Admission, le volume au dessus du piston augmente ce qui entraine automatiquement une chute de pression: (p

22 4° question: comment salimentait le moteur en carburant? Par gravité tout simplement: un réservoir ( 8 litres) était placé sur la planche verticale faisant office de « tableau de bord » comme le montre le schéma ci-dessous: PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses Plancher de la voiture Réservoir de Carburant (8 litres) tyuauterie Boitier de la soupape dAdmission Ces 2 photographies montrent le boitier dans lequel est montée la soupape dAdmission: On remarque 2 orifices dalimentation: 1. de carburant 2. dair On voit que lalimentation en air se fait directement sans passer par un système de dosage de carburant tel le carburateur qui va se développer pendant plus de la moitié du 20° siècle. En effet le carburateur nexistant pas encore, monsieur Laspougeas à réalisé un système de dosage particulièrement ingénieux: A chaque ouverture de la soupape dAdmission, la quantité de carburant nécessaire à une combustion « correcte » est entraînée par la soupape réalisant ainsi le dosage nécessaire. Nous développons ce montage dans la page suivante. moteur culasse carburant air ressort 20

23 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses 5° question: comment était réglé le dosage du carburant? Il à fallu attendre le démontage partiel du moteur par les services spécialisés du Musée Henri MALARTRE pour comprendre la particularité du système dalimentation. Avant ce démontage, nous pensions quune pièce essentielle (comme une sorte de carburateur) avait été égarée voire à jamais perdue. Sur cette photographie on voit nettement la collerette qui se remplit de carburant lorsque la soupape dAdmission est fermée. Détails du fonctionnement. Soupape dadmission collerette Air entrant dans le conduit dAdmission Arrivée de carburant par gravité Air entrant dans le conduit dAdmission Arrivée de carburant à Pa La quantité de carburant à « injecter » dans le moteur est emprisonnée dans la cavité de la soupape quand elle est fermée. Le courant dair dadmission ainsi que la chute de pression permettent la vaporisation du carburant. 21

24 6° question: comment fonctionnait la soupape déchappement? Si la commande de la soupape dadmission était particulièrement simple, ce nest pas le cas de celle dEchappement. Monsieur LASPOUGEAS à développé un système de distribution dont le principe est toujours utilisé aujourdhui sur nos moteurs modernes. Seule la réalisation structurelle est différente. PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses Soupape et son ressort Basculeur (3) Tige de commande du basculeur Galet (2) Came de commande Galet de commande (4) Pignon dAC Pignon de vilebrequin 1° situation: soupape FERMEE Le ressort de rappel (1) maintient la tige de commande du basculeur en position repos. Le galet de commande (4) repose sur le talon de la came du pignon dArbre à Came. Le basculeur (3) nétant pas sollicité par le galet (2), la soupape reste fermée. Ressort de rappel (1) Galet de commande (4) Came de commande Pignon de vilebrequin Pignon dAC vilebrequin 22

25 6° question: comment fonctionnait la soupape déchappement? suite Si la commande de la soupape dadmission était particulièrement simple, ce nest pas le cas de celle dEchappement. Monsieur LASPOUGEAS à développé un système de distribution dont le principe est toujours utilisé aujourdhui sur nos moteurs modernes. Seule la réalisation structurelle est différente. PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses 2° situation: soupape OUVERTE La came de commande actionne le galet de (4), la tige de commande du basculeur se déplace et le galet (2) sollicite le basculeur. Celui-ci pivote autour de son articulation (5) et oblige la soupape à souvrir. Soupape et son ressort Basculeur (3) Tige de commande du basculeur Galet (2) Came de commande Galet de commande (4) Pignon dAC Pignon de vilebrequin Ressort de rappel (1) Articulation (5) Tige de commande du basculeur Galet (2) Galet de commande (4) 23

26 7° question: comment étaient gérées accélération et décélération En labsence de dispositif capable de régler le débit dair entrant dans le moteur (comme un papillon ou un boisseau), et après avoir décortiqué la commande daccélérateur, il nous est apparu que le moteur fonctionnait « en tout ou rien » cest-à-dire quil ne pouvait se trouver que dans 2 situations distinctes: 1. Soit il fournissait un maximum dénergie (accélération) 2. Soit il ne fournissait pas dénergie (décélération) PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses 1° Cas: Pour obtenir une énergie mécanique du moteur, la soupape dEchappement doit pouvoir souvrir et se fermer librement. Nous avons vu que la soupape dAdmission,de son coté, fonctionne en automatique. Le cycle de fonctionnement Beau de Rochas peut donc se réaliser et le moteur délivre toute sa puissance dans ce cas. 2° cas: pour interrompre la force motrice et donc décélérer, il suffit de maintenir la soupape déchappement OUVERTE pour que le cycle Beau de Rochas soit incomplet (il ny à plus de temps Compression). Le moteur ne délivre plus aucune puissance dans ce cas. Cest le fonctionnement en « tout ou rien « décrit plus haut. Réalisation pratique du système. 1.Constitution: Une butée articulée vient se placer sous la tige de commande du basculeur pour interdire son retour en position repos. La soupape déchappement reste donc OUVERTE. La commande se fait par une pédale daccélérateur disponible au pied. 2. Fonctionnement: 2.1 Pédale relachée (ressort de rappel détendu), la butée est engagée sous la commande du basculeur: la soupape reste ouverte: pas dénergie motrice 2.2 Pédale enfoncée, la butée se dégage de la tige de commande du basculeur, la soupape fonctionne normalement: le moteur délivre toute sa puissance. Butée articulée plancher Pédale accélérateur ressort tringlerie 24

27 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: questions / réponses 8° question: Quel système (allumage?..) amorçait la combustion? A lépoque de la construction de la voiture (fin 19° siècle), le système dallumage par arc électrique au moyen dune bougie dallumage en est à ses premiers balbutiements. Il nest pas exclu quun des moteurs conçu par M.Laspougeas ait été équipé dun tel système. Mais il est évident que celui monté dans la voiture présentée au Musée H.Malartre fonctionnait par « point chaud ». Le principe: PMH Piston Culasse « bougie » incandescente Moteur froid: pour amorcer la combustion un apport de chaleur est indispensable, le rapport volumétrique étant faible (voir la méthode de mesure et le résultat obtenu). Une « bougie » métallique est vissée dans la culasse de telle façon que lune de ses extrémités débouche dans la chambre de combustion et lautre soit accessible de lextérieur du moteur. PMH Piston Culasse Chalumeau Avant de démarrer le moteur il était nécessaire de chauffer cette « bougie métallique » à laide dun chalumeau par exemple. La bonne conductibilité du matériau utilisé provoquait le point chaud dans la chambre de combustion. Point chaud Flamme PMH Piston Point chaud Moteur en fonctionnement, la forte température atteinte dans la chambre de combustion (1000 à 1500°) maintient lextrémité de la « bougie » au rouge réalisant lapport de chaleur nécessaire au développement de la combustion. 25

28 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le Moteur: circuit de refroidissement Constitution: Le schéma ci-dessous présente linstallation Fonctionnement: Le moteur est refroidit par un système à circulation deau. Une grosse réserve deau fait office de radiateur (41 litres). Une pompe à eau située sur le moteur reçoit par gravité leau venant du radiateur. Cette pompe à eau est entraînée par courroie à partir dune poulie fixée en sortie de vilebrequin. Une tuyauterie cuivre relie le moteur et le haut du radiateur: cest le refoulement de leau chaude. Une tuyauterie identique relie la pompe à eau et le bas moteur dune part et le radiateur dautre part. Cest laspiration de leau « moins chaude ». En effet, le radiateur nétant pas traversé par lair ambiant, le refroidissement nà pas de véritable efficacité, et quand le moteur avait tourné suffisamment longtemps pour échauffer toute la masse deau contenue dans le radiateur, il fallait …….stopper et attendre la baisse de température. Cependant il est remarquable de constater que le principe conçu par M.Laspougeas est proche de celui de nos véhicules modernes. Radiateur (41 litres) plancher Refoulement Eau chaude Aspiration Eau « moins chaude » Pignons dAC et Vilebrequin Poulie de Pompe à eau Poulie motrice courroie Pompe à EAU 26

29 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: cylindre bielle Chaine cinématique 23 d En italique les nombres de dents de chaque pignon 36 d28 d 19 d 51 d 28 d 36 d 44 d 8 d 32 d 3° 2° 1° Embrayage à cône Roue de 1 mètre de diamètre Chaine de transmission (pas = 40mm) 1° vitesse 2° vitesse 3° vitesse Arbre Secondaire Arbre Primaire Prise Constante La réalisation de la chaine cinématique de la transmission nous permet de calculer les « performances » de la voiture en 1°, 2°, 3° vitesse. Ne connaissant pas encore au moment de nos travaux la vitesse de rotation du moteur nous prendrons comme valeur : 1000 tours par minutes. 27

30 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: cylindre bielle Chaine cinématique en 1° vitesse Date: 20/10/2004 Intervenants: MMrs Balmon Compagnone Vernerey Nacoury 23 d En italique les nombres de dents de chaque pignon 19 d 51 d 44 d 8 d 32 d 1° Embrayage à cône Roue de 1 mètre de diamètre Chaine de transmission (pas = 40mm) Arbre Secondaire Arbre Primaire Prise Constante Rapport en division de vitesse: 23 x 19 x 8 51 x 44 x signifie concrêtement: 1 tour moteur = 0,04 tour de roue 0,04 Rapport en multiplication de couple: 51 x 44 x32 23 x 19 x 8 25 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 25 mdaN sur 2 roues Soit 12.5 mdaN sur chaque roue motrice 25 28

31 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: cylindre bielle Chaine cinématique en 2° vitesse Date: 20/10/2004 Intervenants: MMrs Balmon Compagnone Vernerey Nacoury 23 d En italique les nombres de dents de chaque pignon 28 d 51 d 36 d 8 d 32 d 2° Embrayage à cône Roue de 1 mètre de diamètre Chaine de transmission (pas = 40mm) Arbre Secondaire Arbre Primaire Prise Constante Rapport en division de vitesse: 23 x 28 x 8 51 x 36 x signifie concrêtement: 1 tour moteur == 0,08 tour de roue 0,08 Rapport en multiplication de couple: 51 x 36 x32 23 x 28 x 8 12,5 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 12,5 mdaN sur 2 roues Soit 6,25 mdaN sur chaque roue motrice

32 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: cylindre bielle Chaine cinématique en 3° vitesse Date: 20/10/2004 Intervenants: MMrs Balmon Compagnone Vernerey Nacoury 23 d En italique les nombres de dents de chaque pignon 36 d 51 d 28 d 8 d 32 d 3° Embrayage à cône Roue de 1 mètre de diamètre Chaine de transmission (pas = 40mm) Arbre Secondaire Arbre Primaire Prise Constante Rapport en division de vitesse: 23 x 36 x 8 51 x 28 x signifie concrêtement: 1 tour moteur == 0,14 tour de roue 0,14 Rapport en multiplication de couple: 51 x 28 x32 23 x 36 x 8 7,14 signifie concrêtement: 1 mdaN moteur = 7,14 mdaN sur 2 roues Soit 3,57 mdaN sur chaque roue motrice 7,14 30

33 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: cylindre bielle Chaine cinématique en Marche Arrière Date: 20/10/2004 Intervenants: MMrs Balmon Compagnone Vernerey Nacoury 23 d Pignon intermédiaire de marche Arrière commandé par un levier spécifique 36 d28 d 19 d 51 d 28 d 36 d 44 d 8 d 32 d Roue de 1 mètre de diamètre Chaine de transmission (pas = 40mm) 1° vitesse Arbre Secondaire Prise Constante Rapport en division de vitesse: le nombre de dents du pignon intermédiaire naffectant pas la valeur du rapport de transmission, ( car il est à la fois Menant et Mené) le rapport est 0,04 Rapport en multiplication de couple: 25 31

34 PROJET LASPOUGEAS Métrologie La transmission: Calcul de la vitesse de la voiture: La formule est: V = N x Rbv x Rch x (ΠxD) x 0,06 OU:V= vitesse de la voiture en Kms/heure N= régime du moteur en tours par minute (arbitrairement fixé à 1000 trs/mn) Rt= rapport de boite de vitesse (2 engrenages) Rch= rapport de chaine (1 engrenage) ΠxD= développement de la roue de 1 mètre de diamètre 0.06= correction dunités ( multiplication par 60 pour transformer les minutes en heure et division par 1000 pour transformer les mètres en kilomètres) Vitesse en 1°: 1000 x (23/51x19/44) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = 9,17 kms/h Vitesse en 2°: 1000 x (23/51x28/36) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = 16,48 kms/h Vitesse en 3°: 1000 x (23/51x36/28) x (8/32) x (3.14x1) x 0.06 = kms/h Vitesse en marche arrière: la commande étant au point mort un levier est déplacé afin dengager un pignon intermédiaire sur lengrenage de 1° vitesse composé des pignons ayant: 19 et 44 dents. Or le nombre de dents du pignon intermédiaire nintervient pas dans le calcul du rapport de la transmission, on peut affirmer que la vitesse en marche arrière est comme en 1° vitesse: Vitesse en marche arrière: 9,17 kms/h 32

35 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL Une forte interrogation fût celle dun mécanisme étrange concernant le montage du pignon moteur de chaîne de transmission. La présence dun mécanisme à « cliquets » pour actionner ce pignon à suscité de grandes discussions.Un éventuel démontage étant proscrit notre tâche nétait pas facilitée. Nous nous sommes orientés vers le besoin de désolidariser ce pignon pour éviter le ripage de la roue extérieure en virage. Rappels sur la nécessité dun différentiel: Les 4 roues dun véhicule sinscrivant sur une trajectoire courbe (virage) suivent chacune un tracé « individuel » comme le montre le schéma suivant. On constate facilement ce fait quand un véhicule se déplace sur le sable ou la neige: 4 traces apparaissent……. Centre Instantané de Rotation (centre du virage) Roue AR D Roue AR G Roue AV G Roue AV D déplacement Il apparaît clairement que les 2 roues AR motrices ne parcourent pas la même distance en un temps « t ». la roue extérieure AR G ( Arrière Gauche) se trouve sur le plus grand arc de cercle, alors que la roue intérieure AR D se trouve, elle, sur le plus petit arc de cercle. Si lon imagine un tour complet de la voiture sur 360°, les 2 roues AR auront parcouru des distances différentes dans un temps égal. Conclusion logique: La roue EXTERIEURE à tourné plus vite (plus de tours) La roue INTERIEURE à tourné moins vite (moins de tours) Monsieur LASPOUGEAS savait donc que si lon ne respectait pas cette logique géométrique, la voiture naccepterait pas de tourner, elle continuerait tout droit dans un virage……… Comment a-t-il résolu ce problème en ……1896..! 33

36 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL Présentation: On voit sur ces photos une vue densemble du dispositif. Pignon moteur CliquetCommande actionnée du tableau de bord Barre de freinage translation 2 crabots baladeur fourchette 2 crabots baladeur Schéma du mécanisme au repos: Le pignon est désolidarisé de larbre moteur. Cette possibilité correspond au maintien du levier de commande en position centrale, comme le montre le schéma suivant. Avantage: faciliter les manœuvres moteur arrêté. denture pignon rampe à cliquet plancher Réserve deau Vers la marche avant Vers la marche arrière AR AV 34

37 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL Arbre moteur 2 crabots moteur Fonctionnement: Lexplication suivante nous semble cohérente et plausible. Un démontage nous aurait sans doute conforté dans nos hypothèses mais cela nétait pas envisageable. Nous décrivons ici le fonctionnement selon 3 situations: 1° situation: Marche en Avant en ligne droite: Le levier de commande est tiré vers larrière ce qui déplace les 2 baladeurs (en bleu) ainsi que les 2 crabots (en rouge).Ceux-ci viennent sengager dans le les 2 cliquets ménagés dans le pignon menant (en vert) de la chaîne de transmission La pièce noire étant solidaire de larbre moteur, le pignon devient lui-même moteur et la voiture roule en Avant. Les 2 roues sont alors motrices puisque cette description intéresse les 2 cotés de larbre moteur. pignon 2 cliquets moteurCommande en position marche Avant 35

38 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL Arbre moteur 2 crabots moteur 2° situation: Marche en Avant en virage: Comme nous lavons expliqué précédemment, dans un virage, la roue extérieure doit pouvoir tourner plus vite quen ligne droite, et la roue intérieure plus doucement quen ligne droite. Cest ce que fait naturellement la roue extérieure puisque sa liaison mécanique (rampe à cliquet) lui permet de prendre de lavance par rapport aux 2 crabots. pignon 2 cliquets moteurCommande en position marche Avant pignon cliquet Force motrice venant du crabot pignon le cliquet « prend de lavance » Force motrice supprimée En virage donc, seule la roue intérieure reste motrice. Si le conducteur naccélère pas, la voiture sengagera dans le virage sans « refuser » de tourner. Le ralentissement nécessaire de la roue intérieure est assuré par le ralentissement du régime moteur. La roue extérieure pendant ce temps tourne à la vitesse imposée par le rayon de sa trajectoire. Elle reste libre en rotation. Mais lorsque la trajectoire redevient rectiligne (ligne droite), lavance prise par la roue extérieure reste acquise et seule la roue opposée est motrice. Il faut attendre un virage opposé pour que la roue retrouve sa motricité. En conclusion: ce système permet théoriquement 2 roues motrices, mais pratiquement une roue seule est le plus souvent motrice. Remarque: Cette solution nest pas utilisée dans nos différentiels actuels. En effet les premières réalisations permettaient déjà de garantir aux 2 roues motrices de tourner à des vitesses inégales tout en transmettant des couples rigoureusement égaux. crabot 36

39 PROJET LASPOUGEAS Fonctionnement Le DIFFERENTIEL Arbre moteur 2 crabots moteur pignon 2 cliquets moteurCommande en position marche Arrière A ce stade, il nous reste 2 interrogations: 1°. pourquoi la présence dun secteur cranté à 2 positions en Avant et en Arrière sur le levier de commande 2°. Quel rôle ont les 2 ressorts sur les crabots coté Marche Arrière 3° situation: roulage en marche Arrière: Le levier de commande est poussé vers lavant ce qui déplace les 2 baladeurs (en bleu) ainsi que les 2 crabots (en rouge).Ceux-ci viennent sengager dans le les 2 cliquets ménagés dans le pignon menant (en vert) de la chaîne de transmission La pièce noire étant solidaire de larbre moteur, le pignon devient lui-même moteur et la voiture roule en Arrière. Les 2 roues sont alors motrices puisque cette description intéresse les 2 cotés de larbre moteur. 2 encoches ressorts 37

40 PROJET LASPOUGEAS Métrologie LA DIRECTION Le système de direction imaginé par Mr.Laspougeas est remarquable car à cette époque, les premiers véhicules « autonomes » sont souvent équipés dune roue directrice unique (type tricycle) manœuvrée par une barre horizontale appelée « queue de vache » (à la place du volant). Mr Laspougeas à construit une direction à crémaillère animée par un volant. Ce principe est toujours utilisé sur nos voitures modernes. Sens de marche Roue AV D Barre daccouplement Levier de direction crémaillère Barre de direction Pignon dattaqueCrémaillère Les principales caractéristiques: Pignon de crémaillère: 13 dents Crémaillère: 15 dents, longueur: 500 Levier de direction: longueur: 205 Remarque: Les leviers de direction sont « pratiquement » parallèles comme le montre la photographie N°1 et le schéma. Nous signalons cette remarque car de ce fait, la cinématique de direction ne respecte pas une caractéristique incontournable sur nos voitures modernes: lépure de Jeantaud. Il sen suit que, en virage, la roue intérieure ne « braquait pas assez » (ou la roue extérieure « braquait trop »). Mais en fait, la vitesse de la voiture étant faible ce « défaut » navait pas dinfluence sur la tenue de route N°1 38

41 PROJET LASPOUGEAS Métrologie LA SUSPENSION: Le système de suspension utilise des ressorts à lames. Cette solution à par la suite été utilisée pendant des décénies sur les véhicules de tourisme ainsi que sur les camions. Quand on sait quel était létat des routes (des chemins devrait-on dire!!!) à cette époque, on imagine facilement que se déplacer ne serait-ce qu à 20 Km/h relevait de lexploit en terme de confort et de sécurité. Le schéma suivant montre le montage réalisé plancher roue Ressorts à lames essieu 39

42 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Le Freinage: Le système de freinage est actif sur les roues arrières seulement. Le conducteur dispose dun levier à main droite quil tire à lui pour freiner la voiture. Comme le montre le schéma ci-dessous, ce levier actionne une tringle qui est guidée jusquau frein proprement dit. Les roues AR droite et gauche sont équipées dun système à friction dont le principe est semblable a nos systèmes à tambour qui équipent nombre dessieux AR sur nos véhicules modernes. On peut parler dun système « inversé » puisque lélément tournant solidaire de la roue est ici une poulie (plutôt quun tambour), entouré dune « garniture » (en cuir) qui, sous laction de la commande vient coiffer, senrouler, autour de la poulie.. Il sen suit un frottement proportionnel à la force développée par le conducteur qui à pour effet de freiner la voiture et de limmobiliser puisque le levier de commande peut être immobilisé par un cliquet en position freinage. Tringle de commande Poulie (tambour) garnitures freinage garniture Tringle de commande Poulie (tambour) Barre transversale AR gauche AR droit freinage cliquet 40

43 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Objet des mesures: La PESEE Principe imaginé: Après renforcement dune traverse en bois qui supporte le moteur et qui est vermoulue, la pesée se fera grâce à 2 pèse personnes et un cric hydraulique. ESSIEU Cric hydraulique MADRIER 2 PESE PERSONNES ROUE 4 mesures sont nécessaires: ROUE AVANT GAUCHE 193 Kg ROUE AVANT DROITE 168 Kg ROUE ARRIERE GAUCHE 214 Kg ROUE ARRIERE DROITE 212 Kg Soit 361 Kg sur essieu Avant Soit 426 Kg sur essieu Arrière Soit au total: 787 Kg Cric hydraulique Cette valeur doit être corrigée compte tenu du fait que les pèse personnes ne peuvent pas être placés directement sous les roues. 41

44 PROJET LASPOUGEAS Métrologie OBJET DES CALCULS: Correction des mesures de PESEE ESSIEU ROUE Soit au total: Kg Cette valeur nous semble tout à fait proche de la réalité. Voie AV= 1.42 Voie AR=1.42 Cote AV= 0,80 Cote AR=0,90 Poids sur AR Gauche: Relevé: 214 kg Correction: 214 x ( ) : 1.42 = 174,8 Kg Poids sur AR Droit: Relevé: 212 kg Correction: 212 x ( ) : 1.42 = 173,1 Kg Poids sur Chandelle AV Gauche: Relevé: 193 kg Correction: 193 x ( ) : 1.00 = Kg Doù poids sur AV Gauche: x (1, ) : 1.42 = Kg Poids sur Chandelle AV Droite: Relevé: 168 kg Correction: 168 x ( ) : 1,00 = Kg Doù poids sur AV Droite: x ( ) : 1.42 = Kg 0,26 0,31 42

45 PROJET LASPOUGEAS Métrologie Les commandes du tableau de bord Réservoir de carburant Levier de vitesse ???????????? Pédale daccélérateur en « tout ou rien » Pédale dembrayage Frein sur 2 roues AR Action sur le différentiel (marche AV et AR) Levier de marche arrière 43


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