PSI* 14/11/10 Lycée P.Corneille rendement_cordeuse.doc Page 1/1

Travaux Pratiques. :Cordeuse de raquettes Analyse de la chaîne d’énergie et évaluation du rendement

Temps alloué 2 heures Vous disposez : • De la cordeuse instrumentée (des capteurs ont été ajoutés pour l’acquisition) • D’un ordinateur raccordé au système • Du logiciel d’acquisition • D’un Dossier Technique à la fin de ce sujet • D’une présentation de la cordeuse (fichier en annexe) Objectifs : On souhaite évaluer expérimentalement le rendement de la chaîne d’énergie. Activités associées : • Analyser les constituants de la chaîne d’énergie • Analyser les moyens de mesure du système instrumenté • Exploiter les mesures pour accéder à la valeur du rendement

& Lire la présentation de la cordeuse ? A- Analyse de la chaîne d’énergie

Le moto-réducteur est composé d’un moteur électrique à courant continu et d’un réducteur de rapport de réduction K= 50. Le moteur est piloté par une carte électronique. L’arbre de sortie du réducteur entraîne une chaîne par l’intermédiaire d’un pignon denté. La chaîne est guidée à l’autre extrémité par un pignon tournant librement autour de son axe.

(U, I)C

Moto-réducteur

R

(T)

Bâti

Potentiomètre linéairePotentiomètre rotatif

Capteur d’effort

Pλµθ

φ

(λ)

(φ)

Le brin tendu de la chaîne est attaché à un poussoir (P) en appui sur le chariot par l'intermédiaire d'un ressort calibré (R). Lors de l'opération de tension de la corde, le poussoir (P) de déplace vers la droite par rapport au chariot en écrasant le ressort (R). Ce déplacement est mesuré par un potentiomètre linéaire qui envoie un signal, image de la tension dans la corde, à la carte électronique. Celle ci gère alors la commande du moteur nécessaire à la réalisation précise de la tension.

Figure 1 : instrumentation du système

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@ A partir du dossier technique, proposer un schéma cinématique du réducteur ? Quel est l’intérêt d’employer 2 roues intermédiaires ?

@ Le chariot mobile est guidé en translation par rapport au bâti. Commenter la réalisation de cette liaison (liaisons élémentaires réalisées, éléments technologiques utilisés). Pourquoi a-t-on minimisé les résistances passives tout particulièrement dans cette liaison ? B – Analyse de l’instrumentation. Dans un premier temps, nous allons analyser les grandeurs retournées par le logiciel d’acquisition. Lancer le logiciel SP55. @ Procéder à un essai de mise en tension (40daN) d’une corde avec acquisition. Sauvegarder la mesure.

@ A partir de l’observation de la cordeuse instrumenté et du dossier technique, et de la fenêtre du logiciel d’acquisition, compléter le tableau suivant :

Grandeurs Physiques

Mesurée ou Calculée

type de Capteur ou nature de la Relation

Capteur utile à la machine commerciale ?

Tension moteur

Mesurée Voltmètre NON

Courant moteur

Ecrasement

ressort

Déplacement

chariot

Calculée Dch = .. X

Angle réducteur

Angle moteur

Effort corde

Effort ressort

Vitesse chariot

Vitesse moteur

Vitesse réducteur

Ω

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Le potentiomètre rotatif, permet de mesurer la rotation de l’arbre de sortie du réducteur (voir figure 1).

@ Expliquer pourquoi il n’aurait pas été pertinent de fixer ce potentiomètre directement sur l’arbre de sortie, et la nécessité de mettre un système de réduction.

Le potentiomètre linéaire fixé au chariot (C) d’une part et au poussoir (P) d’autre part, permet de mesurer la déformation axiale du ressort (R) et d’obtenir ainsi une image de l’effort de traction de la corde (voir figure 1). Les caractéristiques du ressort (R) sont les suivantes : - raideur k - longueur à vide l0. Le ressort (R) est monté dans le chariot avec une longueur li inférieure à l0. Le ressort est dit précontraint.

@ Exprimer l’effort de précontrainte Fi en fonction de k, l0 et li. Soient λ le déplacement mesuré par le potentiomètre linéaire et F l’effort de compression appliqué au ressort (R).

@ Exprimer l’effort F en fonction de k, l0 , λ et Fi Représenter la courbe F en fonction de λ .

@ En observant le système réel, donner au moins deux raisons qui justifient que F ne représente pas exactement la tension exercée sur la corde de la raquette. On illustrera avantageusement son propos avec une figure. A quelles conditions, l’erreur commise est-elle négligeable ? C – Détermination du rendement La mesure de l’intensité I et de la tension U d’alimentation du moteur électrique permettent de déterminer le moment du couple exercé par le moteur sur l’arbre d’entrée du réducteur ainsi que la puissance électrique absorbée. Le couple moteur est donné par Cm =ke I (ke étant une constante caractéristique du moteur) et la puissance électrique par Pélec = UI pour un moteur à courant continu.

@ Exprimer en statique (ou mouvement permanent) dans le cas d’un mécanisme parfait en fonction de Fcorde :

• le couple en sortie de réducteur • le couple moteur

Les autres grandeurs pertinentes sont à prendre dans le dossier technique. Faire l’application numérique pour une tension de 40daN

@ A partir des mesures sauvegardées pour une mise en tension de 40daN, déterminer ces mêmes couples. En déduire le rendement du moto-réducteur.

li

Ressort (R) de raideur K et de longueur à vide l0

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DOCUMENTATIONS ANNEXES

1. PRINCIPE DE L’ASSERVISSEMENT EN TENSION DE LA

CORDE 2. SCHEMA BLOC SIMPLIFIE DE LA REGULATION 3. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES 4. PLAN D’UN PROTOTYPE DE GUIDAGE ET

D’ENTRAINEMENT DU CHARIOT 5. CARACTERISTIQUES DU MOTO-REDUCTEUR 6. CARACTERISTIQUES DES CAPTEURS 7. EFFECTUER UNE MESURE AVEC LE LOGICIEL

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1. PRINCIPE DE L’ASSERVISSEMENT EN TENSION DE LA CORDE

Les photographies et le schéma ci-dessous permettent de mettre en évidence le module de mise en tension constitué principalement d'un moto réducteur et d'une transmission par chaîne . Elle assure le déplacement du chariot portant le mors de tirage.

Le brin tendu de la chaîne est attaché à un poussoir ( P ) en appui sur le chariot par l’intermédiaire d’un ressort calibré (R).

Lors de l’opération de tension de la corde, le poussoir (P) de déplace vers la

droite par rapport au chariot en écrasant le ressort ( R ). Ce déplacement est mesuré par un potentiomètre linéaire qui envoie un signal, image de la tension dans la corde, à la carte électronique. Celle ci gère alors la commande du moteur nécessaire à la réalisation précise de la tension.

P

R

Tension

C

Carter

Capteur de position

Chariot Motoréducteur Chaîne

Mors de tirage

Chariot

Chaîne

Ressort et poussoir

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2. SCHEMA BLOC SIMPLIFIE DE LA REGULATION

3. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES Effort de tension de la corde : de 5 Kgf à 40 Kgf (de 49,05 N à 392,4 N). Raideur du ressort : 33 N/mm Raideur d’une longueur de corde : 10 N/mm (dépendant de la corde employée et de sa longueur mise en tension) Course du chariot : > 140 mm Rapport de réduction réducteur moteur continu : 1/50 Rayon primitif du pignon d’entraînement de la chaîne : 10mm Inertie équivalente des pièces en rotation sur l’arbre de sortie :0,05 kg.m² Masse du chariot : 2,15 kg Moteur : 12V ; 25A maxi Constante de couple (relative au couple en sortie de moteur): 0,0386N.m.A-1

Moto-réducteur

Tension de consigne Correcteur Moteur et mécanisme de

tension

• Um

Tension dans le ressort

Perturbation

+

_

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4. PLAN D’UN PROTOTYPE DE GUIDAGE ET D’ENTRAINEMENT DU CHARIOT

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5. CARACTERISTIQUES DU MOTOREDUCTEUR

Plan du motoréducteur VALEO

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6. CARACTERISTIQUES DES CAPTEURS

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7. EFFECTUER UNE MESURE AVEC LE LOGICIEL

Cette fonction permet la réalisation de mesures sur la station. .

MESURE Initialisation de la mesure

Cette fonction permet d’initialiser l’acquisition sur la station. Celle-ci correspond à l'établissement de la communication entre la station et le micro ordinateur. Le début effectif de la mesure (instant t = 0) est provoqué par appui sur le bouton poussoir du tableau de bord. La durée totale de mesure est de 10 secondes pendant lesquelles sont enregistrés les résultats relatifs aux dix paramètres physiques. L’importation des résultats se fait automatiquement ensuite. Le numéro de la mesure sera le prochain sur les 10 disponibles. L’importation des résultats prend plusieurs dizaines de secondes. Une fois le message ‘Importation des résultats terminée’, vous pouvez soit initialiser à nouveau pour refaire une mesure, soit fermer la fenêtre pour, par exemple, visualiser la mesure effectuée.

Cette fonction permet l’analyse graphique des résultats des mesures effectuées.