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Etude d’un système d’ouverture de porte latérale par un moteur réducteur électrique Groupes Scientifiques d ’Arras Lemaire p octobre 2002.

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1 Etude d’un système d’ouverture de porte latérale par un moteur réducteur électrique Groupes Scientifiques d ’Arras Lemaire p octobre 2002

2 Introduction n Ce diaporama présente les phénomènes mis en jeu pendant le fonctionnement des systèmes d ’ouverture/de séparation des (mini)fusées expérimentales n Une approche par la théorie est ainsi faite, qui peut donner lieu à une mise au point, à une optimisation et à la concrétisation opérationnelle

3 Sommaire n Force et Frottements n Porte latérale n Rappels n Pile électrique n Moteur électrique n Réducteur de vitesse n Conclusions

4 Force n C ’est une action exercée sur un corps n Une force de 1 N (Newton) exercée sur un objet de masse 1 Kg (Kilogrammes) lui impose une accélération de 1 m/s² (soit une augmentation de vitesse de 1 m/s à chaque seconde)

5 chariot n Il faut exercer une force importante pour mettre en mouvement le chariot n Et moins pour le faire rouler une fois lancé

6 Pesanteur n La gravité terrestre exerce une accélération de 9.81 m/s² sur tout corps n Cette accélération est de 10 m/s² à 2% près n Chaque masse de 1 Kg est ainsi soumis à une force de 1 daN ( 10 N)

7 Coefficient de frottement n Un bloc est posé sur une surface n Son poids est de M daN n La force minimale de déplacement est coeff * M daN n Cette force est exercée le plus bas possible pour éviter le basculement

8 Valeurs du coefficient n le coefficient ne dépend que de la nature des matériaux n Il est de 0.6 à 0.8 pour P V C contre métal et de l ’ordre de 0.2 pour métal contre métal n Le graissage ou huilage permet de le diminuer jusqu ’à 50 %, mais ne l ’annule pas

9 Vue microscopique n Même une surface métallique polie apparaît irrégulière au microscope n A la surface de contact, deux ensembles de reliefs s ’emboîtent n Le matériau le plus dur entre plus profondément dans le plus tendre n Cet enchevêtrement des aspérités crée le phénomène de frottement

10 matières n Traîner un bac en plastique sur un revêtement métallique demande moins d’effort que pour une caisse en carton, mais plus que pour une malle en métal

11 détermination coeff n Pour ce faire augmenter l’inclinaison de façon à obtenir la mise en mouvement du bloc n Le bloc se repose sur le support avec une force M sin phi n Le bloc est soumis à une force de traction M cos phi n Pour l ’angle phi de mouvement, coeff = Msin phi / M cos phi n coeff = sin phi / cos phi = tang phi n phi = arc sin (élévation / longueur support)

12 Tige d’ouverture (idéal) n Cette tige métallique coulisse dans deux manchons n La porte via le manchon exerce une force perpendiculaire sur cette tige n La tige exerce sur le deuxième manchon cette force n Sur chaque manchon apparaît la force minimale de mise en mouvement n Déterminer avec la force : 3,6,9 daN dans les cas de manchons en PVC, métal la force de retrait de la tige

13 Tige d’ouverture (réel) n Dans ce cas, il faut connaître la longueur des manchons et leur éloignement du bord n La détermination des forces perpendiculaires à la tige doit se faire avec la loi du levier

14 tension n Une Force Electro Motrice (ou F E M Tension) crée un courant dans un circuit

15 résistance n La résistance est la propriété de s’opposer au passage du courant n Loi d ’Ohm n Intensité (ou courant) = Tension / Résistance n Tension en Volt (V), Intensité en Ampères (A), Résistance en Ohm

16 contre tension n Une Force Contre Electro Motrice (ou F C E M) absorbe un courant dans un circuit

17 Pile électrique n L ’équivalent électrique est une Force Electro Motrice (FEM) en série avec la Résistance interne (Ri) n Par la loi d ’Ohm ( U = R I ), en court circuitant les deux bornes on obtient l ’Intensité de court circuit (Icc) n FEM = Ri * Icc Icc = FEM / Ri

18 Mesure F E M n Elle est faite avec un multimètre en mode voltmètre (calibre >= 10V) V

19 Mesure I c c n Elle est faite avec un multimètre en mode ampèremètre (calibre >= 10A) n La mesure ne dépasse pas une fraction de seconde, le temps d ’obtenir une valeur stable n !! Cette méthode n’est permise que pour les sources électrochimiques non rechargeables A

20 pile rectangulaire 9 V n F E M = 9 V n I c c = 5 A alcaline 1 A saline n --> Ri = 1.8 ohm alcaline 9 ohms saline

21 autres sources n F E M et I c c n piles salines 1.5v 1 A n piles alcalines 1.5v 5 A n accumulateurs Nickel Cadmium (NiCd) 1.2v A n accumulateurs au plomb 2v A n secteur 230v~(400v~) kA n G E 230v~ (400v~) A

22 ensembles n Icc ne dépend pas du nombre d ’éléments en série n En effet u Icc = FEM / Ri u Icc = 2*FEM / 2*Ri u Icc = n*FEM / n*Ri

23 Moteur électrique n Il est constitué du stator (ou inducteur : aimant permanent), du rotor (ou induit : bobinages), du collecteur, des deux balais, des deux paliers, de l ’axe faisant sortie n Le changement de sens du courant dans les bobinages, permettant l ’entretien du mouvement de rotation est fait par le collecteur Nord Sud Bobinage

24 F C E M et R m n Un moteur électrique est équivalent à une Force Contre Electro Motrice (F C E M) en série avec la Résistance moteur (Rm) n La vitesse de rotation n vaut k * FCE M (n en tr/mn, FCEM en Volts, k en tr/mn par V) n Rm (en ohms) est dû aux bobinages, aux contacts balais-collecteur,..

25 détermination k n Comment faire apparaître la FCEM avec une perceuse, un voltmètre, et de la prudence !!

26 Démarrage (ou rotor bloqué) n Dans ce cas, l ’axe du moteur ne tournant pas, n et de ce fait F C E M valent 0 n L ’Intensité I vaut FEM / (Ri + Rm)

27 Lancé n Dans ce cas FCEM non nul n L ’Intensité I vaut ( FEM - FCEM ) / ( Ri + Rm )

28 Couple mécanique n Ou Moment d ’une Force par rapport à un axe n C ’est le produit du Rayon par la Force tangentielle n couple (en N mètre) = F (en N) * rayon (en mètre)

29 porte n Il est plus facile d ’ouvrir ou de fermer une porte par l ’extrémité n Et plus difficile à proximité des gonds

30 Travail d’une force n Il s ’agit de l ’énergie (en Joules) nécessaire pour parcourir une distance D (en mètres) tout en exerçant une force F (en newton) n Travail = D * F

31 maisons n Il faudra plus d’énergie pour rejoindre la maison B que pour rejoindre la maison A A B

32 Puissance n Il s ’agit du Travail divisé par unité de temps (en secondes) n Puissance (en Watts) = Travail / temps n Puissance = D * F / t = F * D / t = F * V (V vitesse en mètres / seconde)

33 véhicules n Pour aller de l ’usine à la maison dans un même temps, le moteur du camion devra être plus puissant

34 Rotation n La circonférence développée L par seconde vaut 2 pi rayon * n / 60 n La force tangentielle F vaut couple / rayon n Puissance = L * F n Puissance = ( 2 pi rayon * n / 60 ) ( couple / rayon ) n Puissance = ( 2 pi * n / 60 ) * couple n Puissance = 2 pi * couple * F C E M k / 60 n Puissance = I * FCEM n I = 2 pi * couple * k / 60 n couple = I*60 / ( 2 pi k )

35 manège n Plus on s’éloigne du centre du manège, plus la sensation de vitesse grandit

36 Axe de sortie n Au démarrage (ou rotor bloqué), le courant I et de ce fait le couple sont maximaux n Moteur lancé sans charge mécanique, le courant Ivide est l ’image du couple à vide n Le couple de frottement à vide est dû aux paliers et surtout aux contacts collecteur-balais n Moteur lancé avec charge, le courant I est l ’image du couple à vide ajouté de la charge mécanique

37 Marques n Graupner : k = 1560 tr/mn par V Rm = 1.9 ohm Ivide = 0.25 A n A N S T J : k = 900 tr/mn par V Rm = 4.1 ohms Ivide = 0.2 A n Portescap : k = 890 tr/mn par V Rm = 1.7 ohm Ivide = 0.12 A n Conrad RM10: k = 900 tr/mn par V Rm=3.9 ohms Ivide=0.2A n Minilor RM10 : k = 900 tr/mn par V Rm=4.7 ohms Ivide=0.2A

38 Réducteur n En forme d’éléments emboîtables en plastique n Son nom est réducteur épicycloïdal à mouvements planétaires n Existe en rapport réducteur de 3, 4, 5, 6 n Constitué d ’un pignon central d ’entrée, de trois pignons satellites, de la couronne fixe faisant boîtier, de la couronne mobile tenant les trois satellites faisant sortie

39 Axe de charge n La pièce spéciale de terminaison possède un axe de sortie de diamètre 4 mm n Le couple maximal estimé est de 8 daN cm ce qui donne une force tangentielle de 8 / 0.2 = 40 daN n Un méplat n ’est pas inutile pour une force importante n Un montage forcé déforme la couronne fixe en l ’ovalisant car le boîtier est en plastique

40 Conclusions n Les notions présentées ici sont transposables sur une infinité d’exemples n Pour le cas de la tige tenue par deux manchons, il faudra envisager le cas réel pour le calcul de la force de retrait n Pour le cas de la tige rallongée, avec un manchon supplémentaire, le cas idéal peut s’appliquer


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