Groupes Scientifiques d ’Arras L p août 2002

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1 Groupes Scientifiques d ’Arras L p août 2002
07/04/2017 Etude d’un système d’ouverture de porte latérale par un moteur réducteur électrique Groupes Scientifiques d ’Arras L p août 2002

2 Sommaire Force et Frottements Porte latérale Pile électrique
07/04/2017 Sommaire Force et Frottements Porte latérale Pile électrique Moteur électrique Réducteur de vitesse

3 Force C ’est une action exercée sur un corps
07/04/2017 Force C ’est une action exercée sur un corps 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)

4 07/04/2017 Pesanteur La gravité terrestre exerce une accélération de 9.81 m/s² sur tout corps Cette accélération est de 10 m/s² à 2% près Chaque masse de 1 Kg est ainsi soumis à une force de 1 daN ( 10 N)

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

6 Valeurs du coefficient
le coefficient ne dépend que de la nature des matériaux 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 Le graissage ou huilage permet de le diminuer jusqu ’à 50 %, mais ne l ’annule pas

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

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

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

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

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

12 Mesure I c c Elle est faite avec un multimètre en mode ampèremètre (calibre >= 10A) La mesure ne dépasse pas une fraction de seconde, le temps d ’obtenir une valeur stable A

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

14 07/04/2017 Moteur électrique 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 Le changement de sens du courant dans les bobinages, permettant l ’entretien du mouvement de rotation est fait par le collecteur Nord Bobinage Bobinage Sud

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

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

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

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

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

20 07/04/2017 Puissance Il s ’agit du Travail divisé par unité de temps (en secondes) Puissance (en Watts) = Travail / temps Puissance = D * F / t = F * D / t = F * V (V vitesse en mètres / seconde)

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

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

23 Marques Graupner : k = 1560 tr/mn par V Rm = 1.9 ohm Ivide = 0.25 A
A N S T J : k = 900 tr/mn par V Rm = 4.1 ohms Ivide = 0.2 A Portescap : k = 890 tr/mn par V Rm = 1.7 ohm Ivide = 0.12 A Conrad RM10 : Rm=9 ohms Ivide=0.2A

24 Réducteur En forme d’éléments emboîtables en plastique
Son nom est réducteur épicycloïdal à mouvements planétaires Existe en rapport réducteur de 3, 4, 5, 6 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

25 07/04/2017 Axe de charge La pièce spéciale de terminaison possède un axe de sortie de diamètre 4 mm Le couple maximal estimé est de 8 daN cm ce qui donne une force tangentielle de 8 / 0.2 = 40 daN Un méplat n ’est pas inutile pour une force importante Un montage forcé déforme la couronne fixe en l ’ovalisant car le boîtier est en plastique