Support technique : Actionneur d’embrayage de la boîte de vitesses ‘’SensoDrive’’ . Objet de l’étude : Evaluer l’action du moteur électrique (1) sur le secteur denté (9) .
E Bourgeais
VERIFIER ET DIMENSIONNER UN MECANISME
Principe fondamental de la statique, équilibre d’un solide, principe du bras de levier
La boite de vitesses pilotée ''SensoDrive'' équipe notamment des véhicules ''Citroën C3'' pourvus de cette option. La sélection, le passage des vitesses et la commande de l'embrayage sont pilotés grâce à des moteurs électriques à courant continu. Le conducteur change de vitesse sans effort, en agissant sur une commande, il n'y a plus de pédale d'embrayage. Le calculateur pilote alors électriquement l'actionneur d'embrayage et le sélecteur de vitesses.
Fonctionnement du système :
La boite de vitesses et l'embrayage sont strictement identiques à ceux des véhicules à boite de vitesses manuelle, seul le levier de passage de la boite est remplacé par un levier adapté que vient mettre en mouvement le sélecteur de vitesse afin d’enclencher le rapport choisi tandis que l’actionneur d’embrayage agit sur la fourchette d’embrayage pour passer de la position embrayée à la position débrayée ou réciproquement. L’ensemble est piloté par le calculateur de boite de vitesses.
Lorsque le moteur électrique 1 est alimenté, la rotation du pignon arbré (Z1=2) entraîne la rotation du secteur denté 9 (Z9=80). L’angle de pression est de 20°.
Le mouvement du secteur denté 9 déplace la bielle de rattrapage d’usure 16 et provoque la rotation du renvoi d’angle 3.
Cette rotation provoque le déplacement de la biellette 12 qui vient agir sur la fourchette d’embrayage par l’intermédiaire de l’embout 13.
L’effort nécessaire pour déplacer la fourchette d’embrayage dépend du mécanisme d’embrayage, on agit sur le diaphragme par l’intermédiaire de la butée. De plus cet effort varie en fonction de l’usure des garnitures du disque d’embrayage. Voici la courbe caractéristique de l’effort transmis par la biellette 12 sur la fourchette en fonction du déplacement de celle-ci pour un disque
d’embrayage neuf.
Voir vidéo Actionneur d’embrayage
Données
On observe qu’il y a une précharge d’environ 30N, c’est-à-dire un effort résultant lorsque le mécanisme est au repos. Ensuite il faut déformer élastiquement le diaphragme jusqu'à provoquer l’ouverture du
mécanisme d’embrayage.
L’effort maximum de 700N est atteint pour un déplacement d’environ 12 mm, ensuite l’effort diminue. La course totale est de 20 mm et l’effort nécessaire pour maintenir l’embrayage ouvert est de 500N.
L’étude mécanique qui va suivre consiste à évaluer l’action mécanique fournie par le moteur électrique lorsqu’on passe de la position embrayée à la position débrayée. Pour réaliser cette étude, on considèrera quelques positions choisies du mécanisme :
- position 1 : immédiatement après le début du mouvement ( x = 1 mm ) - position 2 : ouverture du mécanisme ( x = 6 mm )
- position 3 : effort maximum sur la fourchette ( x = 12 mm ) - position 4 : juste avant la fin du mouvement (x = 18 mm )
La bielle de rattrapage d’usure 16 sera considérée comme un solide indéformable tout au long de la course ;
Une fois que l’action fournie par le moteur aura été calculée, on s’intéressera aussi à ce qui se passe lorsqu’on passe de la position débrayée à la position embrayée.
Pour conclure, on analysera les résultats obtenus quant aux exigences du cahier des charges fonctionnelles.
Un compte-rendu de ce TP est à rédiger sur copie et à rendre impérativement à la fin de la séance.
Les tableaux du TP sont à reporter sur votre compte-rendu.
A- Calcul de l’effort transmis par la bielle de rattrapage d’usure 16 en fonction de l’effort transmis par la biellette.
A-1 Equilibre de la biellette 12:
En isolant la biellette 12, sur votre compte-rendu, faire le bilan des actions mécaniques qui s’exercent sur la biellette.
Préciser et justifier le support de chacune de ces forces. Les tracer pour chacune des positions du mécanisme.
Indiquer si la biellette est sollicitée en traction ou en compression.
Pour chacune des positions, indiquer l’intensité de l’action mécanique transmise.
A-2 Equilibre de la bielle de rattrapage d’usure 16
En isolant la bielle 16, sur votre compte-rendu, faire le bilan des actions mécaniques qui s’exercent sur la bielle.
Tracer pour chacune des positions du mécanisme les supports des différentes forces.
A-3 Equilibre du renvoi d’angle 3, principe du bras de levier
En isolant le renvoi d’angle 3, faire le bilan des actions mécaniques agissant sur ce solide.
En appliquant le principe du bras de levier à l’équilibre du renvoi d’angle 3, calculer l’intensité de la force exercée par la bielle 16 sur le renvoi d’angle 3. Détailler le calcul sur le compte rendu.
Les bras de leviers seront mesurés et tracés sur chaque figure.
Intensité de l’action mécanique ‖𝑩⃗⃗ 𝟏𝟐→𝟑‖ [N]
Bras de levier pour l’action 𝐵⃗ 12→3
[mm]
Bras de levier pour l’action 𝑫⃗⃗ 𝟏𝟔→𝟑 [mm]
Intensité de l’action mécanique ‖𝐷⃗⃗ 16→3‖ [N]
Position 1 Position 2 Position 3 Position 4
B- Calcul de l’effort du moteur électrique 1 sur le secteur denté 9 dans le cas où le ressort de compensation 8 est enlevé du mécanisme
Voir vidéo Ressort de compensation
Dans ce cas, dès que le mécanisme est en action, les seuls éléments qui agissent sur le secteur denté 9 sont : l’arbre moteur 1, la bielle de rattrapage d’usure 16 et les guidages.
B-1 Modélisation de l’action du moteur électrique 1 sur le secteur denté 9
L’engrenage du pignon de l’arbre moteur 1 avec le secteur denté 9 est un engrenage parallèle à denture hélicoïdale avec un angle de pression de 20°.
Cela signifie que le support de la force exercée par le pignon 1 sur le secteur denté 9,
𝑰
𝟏→𝟗, est incliné d’un angle de 20° par rapport à la tangente aux cercles primitifs du pignon et du secteur denté en leur point de contact I. (voir représentation sur le document position 1).Lors de l’étude de l’équilibre du secteur denté 9, représenter le bras de levier utile pour cette action mécanique
𝑰
𝟏→𝟗.Déterminer la formule littérale permettant de calculer ce bras de levier en fonction du rayon R du secteur denté et de l’angle de 20°. Effectuer l’application numérique.
B-2 Equilibre de la bielle de rattrapage d’usure 16
D’après l’étude menée an A-2, connaissant maintenant
𝑫 ⃗⃗
𝟏𝟔→𝟑, déterminer les actions mécaniques qui s’exercent sur la bielle 16.En appliquant le principe des actions mutuelles, déterminer
𝑬 ⃗⃗
𝟏𝟔→𝟗.B-3 Equilibre du secteur denté 9, principe du bras de levier :
En isolant le secteur denté 9, faire le bilan des actions mécaniques agissant sur ce solide.
En appliquant le principe du bras de levier à l’équilibre du secteur denté 9, calculer l’intensité de la force exercée par le pignon 1 sur le secteur denté 9,
𝑰
𝟏→𝟗.Les bras de leviers seront mesurés et tracés sur chaque figure.
Intensité de l’effort
‖𝑬⃗⃗ 𝟏𝟔→𝟗‖ [N]
Bras de levier de l’action 𝑬⃗⃗ 𝟏𝟔→𝟗 [mm]
Bras de levier de l’action 𝑰 𝟏→𝟗 [mm]
Intensité de l’effort
‖𝑰 𝟏→𝟗‖ [N]
Position 1
Position 2 idem
Position 3 idem
Position 4 idem
C- Calcul de l’effort du moteur électrique (1) sur le secteur denté (9) lorsque le ressort de compensation (8) est en place :
L’objectif de cette partie est de vérifier que l’intensité de l’effort à fournir par le moteur électrique 1 est diminué grâce à l’action du ressort de compensation 8.
C-1 Caractéristiques du ressort de compensation 8 :
https://www.vanel.com/compression.php?lang=french
http://www.zpag.net/Tecnologies_Indistrielles/Liasons_Elastiques.htm Paramètres de définition du ressort hélicoïdal 8 :
Longueur à vide L0 = 85 mm Diamètre du fil d = 3,5 mm Diamètre d’enroulement D = 22 mm Nombre de spires utiles n = 8,5
Il est fabriqué en acier au chrome vanadium de module d’élasticité transversale G=82 GPa. Ce ressort travaille en compression. On rappelle la formule de la raideur du ressort :
𝒌 =
𝑮.𝒅𝟒𝟖.𝑫𝟑.𝒏
Calculer la raideur
𝒌
de ce ressort.Tracer un diagramme donnant la charge du ressort F (en N) en fonction de sa longueur L (en mm).
Après avoir relevé sur les figures les données nécessaires, placer sur le diagramme les points correspondants aux différentes positions du mécanisme.
C-2 Equilibre du secteur denté 9, principe du bras de levier :
En isolant le secteur denté 9, faire le bilan des actions mécaniques agissant sur ce solide dans le cas de l’application d’un effort par le ressort (8+6) sur 9 en H,
𝑯 ⃗⃗⃗
𝟔→𝟗.En appliquant le principe du bras de levier à l’équilibre du secteur denté 9, calculer l’intensité de la force exercée par le moteur 1 sur le secteur denté 9,
𝑰
𝟏→𝟗, à partir de l’intensité de la force transmise par la bielle 16,𝑬 ⃗⃗
𝟏𝟔→𝟗 et de l’action du ressort 8,𝑯 ⃗⃗⃗
𝟔→𝟗.Les bras de leviers seront mesurés et tracés sur chaque figure.
Attention au sens des moments Intensité de
l’effort
‖𝑬⃗⃗ 𝟏𝟔→𝟗‖ [N]
Bras de levier de l’action 𝑬⃗⃗ 𝟏𝟔→𝟗 [mm]
Intensité de l’effort
‖𝑯⃗⃗⃗ 𝟔→𝟗‖ [N]
Bras de levier de l’action 𝑯⃗⃗⃗ 𝟔→𝟗 [mm]
Bras de levier de l’action 𝑰 𝟏→𝟗 [mm]
Intensité de l’effort
‖𝑰 𝟏→𝟗‖ [N]
Position 1
Position 2
idem Position
3
idem Position
4
idem
4°/ Evaluation de l’influence du ressort de compensation 8 sur le fonctionnement du mécanisme, conclusions.
Grâce à des diagrammes astucieusement conçus, indiquer les phases où le moteur électrique 1 agit comme un moteur, ou alors comme un récepteur.
Faire de même pour le passage de la position débrayée à la position embrayée.
