Comment estimer l’impact environnemental ?
e t
Introduction : Il est souvent nécessaire d'adapter l'énergie mécanique d'un moteur afin d'obtenir des valeurs de vitesses et de couples différents sur un système en mouvement, en particulier pour obtenir un couple plus important. La fonction d’une transmission mécanique est d’entraîner un arbre récepteur à des sens et des fréquences de rotation identiques ou différentes de celui de l’arbre moteur. La réduction de la vitesse entraine une augmentation du couple à la sortie de la transmission. Mais une partie de la puissance qui circule dans la transmission se perd. Cette perte est par exemple due aux effets joules dues aux frottements internes du mécanisme. Cette perte est quantifié par un facteur que l'on appelle le "rendement".
Comment est concu un système d’information ?
Tous les systèmes que nous rangerons dans la catégorie des transmissions de puissance, sont influencés par ce rendement qui est en réalité toujours inférieur à 1. Souvent pour faciliter l'analyse ou la modélisation, ce rendement sera considéré égal à 1. Il existe de nombreux mécanismes qui transmettent la puissance, accouplement, embrayage, limiteur de couple, roue libre, frein, système poulie-courroie, système à base d'engrenages, réducteur, multiplicateur, inverseur, système vis-écrou, came, roues-libre ou antidévireur, renvoi d'angle, coupleur à fluide ou à poudre, etc.....
Comment évaluer les performances d’un système ?
z e l
Comment optimiser les performances d’un système ?
a n
Comment est conçue une structure porteuse ?
e a n
Transmettre et adapter l’énergie mécanique (courroies et chaînes)
Comment sont conçues les enveloppes ?
J
Enseignement transversal
Comment est concu un système energetique ?
1h
STI2D transversal
page : 1
Formulaire :
La puissance mécanique qui circule dans la transmission peut avoir deux formes, selon la nature du mouvement de l'arbre.
La vitesse angulaire
ω qui s'exprime
en radian par seconde
est une des variables de la formule de la puissance mécanique de rotation. Cette formule de passage entre les unités est très très souvent employées. Le rapport de transmission (ou rapport cinématique) ne doit pas être confondu avec le rendement vue précédemment. Ce rapport de transmission est en principe par convention habituelle, le rapport de la vitesse de sortie sur la vitesse d'entrée.
Il dépend de la nature technique de la transmission qui modifie la vitesse et est indépendant de la valeur de la puissance qui circule.
Exercices: EXO 01 (Puissance rendement) : La puissance en entrée du réducteur est de 1500W, le rendement global de ce réducteur est de 0,90. Quelle est la puissance récupérée en sortie et quelle est la perte de puissance ? EXO 02 (Puissance, rendement) : Maintenant la puissance mécanique de rotation récupérée en sortie est de 1200 W et le rendement global du réducteur de 85%, alors : Quelle est la puissance mécanique distribuée en entrée du réducteur ? EXO 03 (Vitesse angulaire, couple) : La vitesse de rotation de l'arbre d'entrée de ce réducteur est 1500 tr/mn. La puissance fournie en entrée du réducteur est de 1200 W. Calculez la vitesse angulaire en rd/s de cet arbre d'entrée, puis en déduire le couple qui transite dans cet arbre d'entrée ? Exo 04 (Vitesse, Couple, Puissance) : La vitesse angulaire de sortie de ce réducteur est de 147 rd/s et le couple obtenu sur ce même arbre est de 6 Nm. De quelle puissance dispose-t-on pour que l'effecteur effectue l'action prévue ? Exo05 (Puissance, Rendement) : L'arbre d'entrée du réducteur reçoit une puissance de 1000 W et tourne à 1500 tours par minutes. Le rendement global du réducteur est de 0,9 et la vitesse angulaire de l'arbre de sortie est de 70 rd/s. De quel couple dispose-t-on sur l'arbre de sortie ? Quel est le rapport de réduction "r" de ce réducteur ?
STI2D transversal : Développement durable
page : 2
Transmission avec un engrenage
:(indiquez les cas concernés par l'affirmation)
Si le rendement est de 0,9 alors la puissance de sortie est plus petite qu'à l'entrée. La vitesse de sortie est plus grande que la vitesse d'entrée .. La vitesse d'entrée est plus grande que la vitesse de sortie. La vitesse de sortie est de 5 m/s Si le rendement est de 1, alors la vitesse de sortie est égale à la vitesse d'entrée. Si le rendement est de 1, alors la puissance d'entrée est supérieure à la puissance de sortie. Si le rendement est de 1, alors la puissance d'entrée est égale à la puissance de sortie
Vocabulaire basique d'engrenage: Les engrenages sont des composants essentiels. Ils font partie des systèmes de transmission de puissance les plus utilisés, les plus résistants et les plus durables. Ils sont normalisés. Les engrenages fabriqués avec la norme ISO présentent l’avantage d’être facilement interchangeables et permettent des possibilités de fabrication plus économique.
Lorsqu’il s’agit d’engrenages pour très grandes séries (automobiles…), les constructeurs s’écartent de ces standards afin d’optimiser les coûts. Les diamètres primitifs correspondent aux diamètres des roues lisses remplaçant l’engrenage. Plus le module m est important, plus la dent sera épaisse et sa résistance importante.
d = m.Z
Quel est le module d’une roue de diamètre primitif de 120 mm, qui comporte 20 dents ? Quelle est l’unité du module ? Quel est le diamètre primitif d'une roue de 17 dents ?
STI2D transversal : Développement durable
page : 3
Engrenages les plus employés: Complétez les trois catégories les plus courantes représentées ci-dessous.
Complétez la désignation des engrenages ci-dessous.
Rapport cinématique d'un engrenage droit et schématisation.
STI2D transversal : Développement durable
page : 4
Transmission avec un réducteur simple . L'engrenage du réducteur se compose d'un pignon 4 de 16 dents et d'une roue 7 de 64 dents. Coloriez le plan 2D,
et complétez le schéma cinématique de la transmission par engrenage droit.
EXO 06 (rapport cinématique) : Calculez le rapport de transmission de ce réducteur. Remplissez ce synoptique des puissances.
EXO 07 (rapport de transmission) : Calculez le rapport de transmission r(17-11)
STI2D transversal : Développement durable
page : 5
Les engrenages Pignon-crémaillère : La loi qui régit la puissance est toujours la même, c’est celle du rendement. Pour le rapport des vitesses, la relation utilise le rayon primitif du pignon.
Exo 08a (puissance de translation) : Dans ce ferme porte, le ressort fournit à la crémaillère une puissance de 4 w sur une course de 50 mm à la vitesse moyenne de 25 mm/s. Quelle est la force moyenne fournie par le ressort ? Exo 08b (rendement) : Le rendement du système de transmission de la puissance du groom est de 0,85. De quelle puissance dispose-t-on au niveau du pignon ? Exo 08c (cinématique) : Calculez le diamètre primitif du pignon puis en déduire à quelle vitesse angulaire moyenne tourne le pignon lors du déplacement de la crémaillère. Exo 08d (puissance de rotation) : En déduire le couple disponible au niveau du pignon. Exo 08e (dur-dur): Pourquoi le produit de la force du ressort (08a) avec le rayon primitif du pignon (08c) donne un résultat de couple supérieur à celui obtenu dans la question 08d ?
STI2D transversal : Développement durable
page : 6
Exo 09a : Dans ce système pignon-crémaillère, le pignon a un module de 2 mm et son nombre de dents et de 18. De quel angle aura tourné le pignon si la crémaillère s'est déplacé de 50 mm. Exo 09b (suite) : Si se déplacement de 50 mm se fait en 2 secondes, quelle est la vitesse angulaire moyenne en rd/s du pignon ?
Adapter l’énergie entre 2 arbres éloignés par liens souples :
L'appellation « liens souples » recouvre les transmissions par poulies-courroie et par pignons et chaîne. La pièce intermédiaire est flexible en élastomère (courroie) ou articulée en métal (chaîne). Elle permet de transmettre la puissance entre des arbres distants de quelques dizaines de centimètres à plusieurs mètres. La formule du rapport de transmission est propre aux liens souples (courroie ou chaîne). Système poulie-courroie :
Système pignon-chaîne : La schématisation d'un lien souple par chaîne est différente de celle par poulie-courroie. Les maillons d'une chaîne ne comportent pas toujours un rouleau.
STI2D transversal : Développement durable
page : 7
Les accouplements : Les accouplements permanents : Les accouplements sont des organes de transmission de puissance mécanique entre un mécanisme dit « Moteur » vers un mécanisme dit « Récepteur ».
La position relative des arbres à accoupler est une contrainte déterminante dans le choix des accouplements. Quatre déplacements relatifs des arbres sont répertoriés par la norme NF-E 22-611 : Il est évident qu’un accouplement accepte d’autant mieux les défauts d’alignements que sa souplesse est plus grande (donc sa rigidité plus faible). Avec des accouplements dit "élastiques" les montages d’arbres ne sont pas des opérations ardues, de haute précision, comme avec les accouplements dit "rigides". Ils permettent une transmission de puissance en rotation de manière permanente, entre 2 arbres bien alignés et sans modification de la fréquence de rotation. Les accouplements dit "flexibles" permettent la transmission de puissance en rotation de manière permanente, entre 2 arbres sensiblement alignés en conservant la rigidité de torsion. Les accouplement non permanents : Cette famille de mécanisme comporte un grand nombre de systèmes variés et divers dont il est bien délicat de trouver un fil conducteur principal, si ce n'est la notion de frottement entre surfaces complémentaires. Pour un limiteur de couple, c'est celui-ci qui va faire patiner deux surfaces en contact. et induire un désaccouplement transitoire des deux arbres en mouvement. Pour un embrayage, c'est l'utilisateur qui va gérer ce patinage pour une transmission graduelle du couple d'un arbre à l'autre. Pour un frein c'est l'utilisateur qui va mettre en contact une surface en mouvement avec une surface fixe solidaire du bâti pour évacuer l'énergie cinétique accumulée par l'élément à arrêter. Pour une roue libre, ou antidévireur, la notion de frottement est souvent remplacé par celle du coincement, en vue de n'accoupler les arbres que lorsque ceux-ci tournent dans un sens choisi. Les coupleurs eux peuvent rentre dans la familles des embrayages, des freins.
STI2D transversal : Développement durable
page : 8
