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TP S.I.I. Cycle 5 : Etude du comportement

cinématique des systèmes mécaniques

Lycée Ferdinand

Buisson

Cinématique PTSI

Cycle 5 :

Etude du comportement cinématique des systèmes

Compétences :

B2, C

Ilot: 07 – Portail Domoticc

Activités Contenu Compétences

1 Etude du modèle de simulé : loi E/S C

3 Etude du modèle de connaissance : loi E/S C

4 Etude du modèle comportement: loi E/S C

5 Analyse des écarts et conclusion C

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Support de l’étude : Portail Domoticc

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Banc didactisé

Ce banc de TP permet d’étudier le fonctionnement d’un portail.

Ce système, didactisé et instrumenté, est constitué de :

- d’une pièce pilier

- d’un grand vantail

- d’un petit vantail

- de deux motoréducteurs avec limiteurs de couple

- de deux bras moteur

- de deux bielles de poussée

- de deux cellules photo-électriques (permettant de repérer les obstacles)

- d’un boîtier de commande

- d’un ordinateur muni de la carte d'acquisition Digimétrie.

Des capteurs permettent d’effectuer des mesures. On trouve :

- deux capteurs angulaires potentiométriques permettant de mesurer les positions angulaires du

grand vantail et du petit vantail

- deux capteurs d’effort permettant de mesurer les couples disponibles en sortie de motoréducteur

et sur le vantail.

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La mise en marche du système commercialisé est obtenue à l'aide d'une télécommande. Sur le système

didactisé, l'utilisateur transmet à l'aide des différents boutons les consignes de fonctionnement à la partie

commande.

L’alimentation des motoréducteurs provoque la rotation de leurs arbres de sortie, liés aux bras moteur. Par un

système de barres articulées, les vantaux se mettent à s’ouvrir ou à se fermer, suivant le sens de rotation des

motoréducteurs.

Le document en annexe de ce TP montre un schéma cinématique du grand vantail du portail, avec les

longueurs des différentes pièces.

Pièce pilier

Grand vantail

Moto réducteur avec limiteur de couple

Cellule photo électrique

Boîtier de commande

Capteur de couple

Capteur de couple

Capteur de position angulaire

Capteur de position angulaire

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Problème technique

Le portail a été conçu pour autoriser ou non le passage d’un personne ou d’un véhicule. On se propose dans ce

TP :

- de simuler le fonctionnement de ce modèle cinématique

- de construire un modèle cinématique de ce mécanisme

- de mesurer la loi entrée sortie de ce mécanisme

- de valider le modèle établi en confrontant les lois entrée / sortie simulées et mesurées

- comparer les écarts entre les 3 modèles

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07 - Domoticc Activité Contenu

1 Etude du modèle simulé - solidworks

Acteur Modélisateur

L’objectif de cette partie est

- de calculer par un logiciel de cinématique la loi entrée sortie de ce mécanisme.

Manipulation :

- Lancer le logiciel Solidworks

- Ouvrir le répertoire « Domoticc SDW » présent sur le bureau de Windows.

Ouvrir le fichier assemblage du portail : « domoticc élève ». Pour réaliser ce modèle, il a suffi de dessiner les

pièces, et de leur imposer des contraintes géométriques (face parallèles, axes coaxiaux,….).

Manipulation :

- Avec la souris, regarder comment bouge le vantail

- Rajouter une contrainte pour mettre le vantail en position fermé.

- Ouvrir « méca 3d »

Le logiciel Meca3D permet de faire l’analyse cinématique, statique et dynamique des mécanismes de solides.

Manipulation :

- Observer les différentes CEC modélisées

- Observer les liaisons modélisées sur la base des contraintes géométriques

- Cliquer droit sur « Analyse » et choisir « Graphe de structure ». Le logiciel affiche le graphe des

liaisons qu’il a construites.

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Question 1 :

- Recopier sur le compte rendu le graphe des liaisons de Solidworks.

- Cliquer droit sur « Analyse » et lancer le calcul mécanique avec les paramètres ci-dessous

(mouvement entrée = rotation 90° porte gauche)

Question 2 :

- Relever la mobilité du mécanisme que propose le logiciel, et commenter cette valeur.

- Quel est le degré d’hyperstaticité ? Retrouver le par le calcul.

- Lancer la simulation (en ralentissant le mouvement) et créer une courbe donnant la position

angulaire du bras du limiteur (sortie moto réducteur) et la loi ES (position bras = f(position

vantail))

Question 3 :

- Commenter la courbe obtenue. De quel angle a tourné le bras du limiteur pour que le vantail

atteigne 90° ? En fonction des données techniques, de quel angle a tourné le moteur électrique ?

- Nous avons enregistré les valeurs issues de Solidworks dans le fichier Excel

« TP_liaisons_portail_élève.xls », dans les colonnes : modèle simulé.

- Tracer la courbe de l’angle de rotation du vantail en fonction celui du bras. Vérifier l'allure avec

votre courbe issue solidworks. Enregistrer le fichier avec votre nom.

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07 - Domoticc Activité Contenu

2 Etude du modèle de connaissance

Acteur Pilote de groupe

L’objectif de cette partie est

- de comprendre comment le mouvement de rotation du moteur est transformé en mouvement de

rotation du vantail.

- de faire une modélisation géométrique et cinématique de ce mécanisme de transformation de

mouvement.

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Question 4 :

- Comparer le graphe des liaisons réalisé à celui obtenu sur Solidworks.

Question 5 :

- On souhaite établir la relation de fermeture géométrique de la chaîne fermée représentative de ce

mécanisme. Pour cela :

Ecrire la fermeture géométrique bouclée,

Projeter la relation vectorielle dans la base fixe

En éliminant le paramètre , montrer que l’on obtient une relation de la forme :

A partir du résultat obtenu, on ne peut pas tracer directement la relation entrée sortie θv = f (θm)

Il est toutefois possible de réaliser une résolution approchée à l’aide d’un outil de calcul numérique.

- Ouvrir le ficher « TP_liaisons_portail_elève.xls » dans le répertoire présent sur le bureau de

Windows et observer les résultats issus du modèle de connaissance (résultats issus calcul

numérique sur la loi ES théorique trouvée précédemment).

- De quel angle a tourné le moteur pour que le vantail atteigne 90° ?

- Tracer la courbe de l’angle de rotation vantail théorique en fonction celui du bras. Comparer avec

le modèle de simulé. Enregistrer.

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07 - Domoticc Activité Contenu

3 Etude du modèle de comportement

Acteur Expérimentateur

L’objectif de cette partie est de mesurer la loi entrée sortie de ce mécanisme.

Manipulation :

Ouvrir le grand vantail et observer les mobilités relatives entre les pièces. Pour cela :

- Laisser tous les potentiomètres en position.

- Mettre sous tension le boîtier de commande (interrupteur à bascule situé sur la face verticale du

boîtier)

- Mettre en service le boîtier de commande (interrupteur vert situé sur la face supérieure du boîtier),

déverrouiller si nécessaire le bouton d'arrêt d'urgence (coup de poing rouge)

- En maintenant appuyé le bouton Enclenchement, effectuer une pression sur le bouton Démarrage.

Le portail s’ouvre. L'arrêt du système est provoqué par un nouvel appui sur le bouton Démarrage. Un limiteur

de couple placé à la sortie du motoréducteur autorise le glissement lorsque le dispositif vient en butée. Une

nouvelle pression sur le bouton Démarrage ferme le portail.

Les longueurs b et d sont variables. Chaque longueur est repérée par la position d’un curseur rouge sur un

réglet.

L’acquisition des mesures se fait au moyen de la carte Digimétrie présente dans l’ordinateur.

Manipulation :

Faire une acquisition pour obtenir les courbes représentant respectivement la variation de l’angle du bras

moteur 2 et celle du grand vantail 4. Pour cela :

- Allumer l’ordinateur, double-cliquer sur l’icône Domotic.

- Fermer à la main le portail

- Cliquer sur « Acquis/ ACQUISITION/ AD EXE ».

- Ouvrir le portail par l’intermédiaire du boîtier de commande (voir manipulation précédente)

- Cliquer sur « AD STOP » pour arrêter la mesure.

Les courbes de couleur rouge et verte dans la fenêtre <3> représentent respectivement la variation de l’angle

du bras moteur 2 et celle du grand vantail 4.

- Imprimer les courbes.

Vis de réglage

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Question 6 :

- Reporter sur votre compte rendu les valeurs des points des courbes. Utiliser autant de points que

nécessaire pour avoir une bonne précision. Pour mesurer à l’écran les coordonnées des points

caractéristiques de la courbe, utiliser les commandes « Edit/ Select voie/ » et « Edit/

Coordonnées » (si nécessaire, zoomer sur la courbe).

Question 7 :

- Donner la valeur de l’amplitude de la variation de l’angle du bras moteur 2 et de celle du grand

vantail 4 pour le réglage proposé.

Question 8 :

- Vu les mesures obtenues et le sens de rotation du portail, indiquer si l’axe de rotation du capteur

est vers le haut ou vers le bas du portail.

- Indiquer la manipulation à faire aux grandeurs mesurées pour avoir un axe de rotation vers le haut

du portail (ce qui sera conforme à l’étude analytique).

- Ouvrir votre fichier Excel et compléter les colonnes correspondant aux valeurs relevées (modèle

comportement) puis tracer le graphe représentant la rotation du grand vantail en fonction de la

rotation du bras moteur.

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05 - Sympact Activité Contenu

4 Analyse des écarts et conclusion

Acteur Groupe

Question 9 :

- Dans le fichier Excel, compléter les cases correspondant au relevé du modèle de comportement

(mesuré). En dessous, vous avez toutes les valeurs obtenues à partir du modèle soidworks et de

connaissance.

- Vous obtenez un graphique à droite (nuage de points) avec les 3 courbes superposées des trois

relations entrée / sortie précédentes (simulée, calculée, mesurée).

Question 10 :

- Comparer les courbes mesurées, calculées et simulées.

- Expliquer l’origine de leurs éventuelles différences.