Sciences de l’ingénieur Unité Transmettre
CHAINE D’ENERGIE Lycée Technique Qualifiant
Ibn Soulaymane Arrassmouki
2emeSTE – Doc éleve TRANSMISSION DE PUISSANCE AVEC MODIFICATION DE VITESSE Date :……….
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I. Système bielle manivelle
Les dessins d’ensemble en 3D ci-contre et en 2D ci-dessous représentent un mini compresseur. Il est utilisé généralement pour gonfler des objets de loisir (bateau, matelas pneumatiques, ballons, pneus de vélos, …).
Fonctionnement : La rotation de l’arbre moteur (3) est transmise à l’arbre vilebrequin ou manivelle (11) par l’intermédiaire de l’engrenage cylindrique (1,5). La rotation continue de (11) provoque la translation alternative du piston (30) à l’aide de la bielle (16). Pendant la descente du piston, il se crée une dépression permettant d’aspirer de l’air ambiant à travers la soupape (22). Pendant la montée, l’air aspiré est refoulé à haute pression pour l’utilisation à travers la soupape (28).
Remarque : On constate pour ce système la possibilité de réversibilité : la translation du piston (30) peut entraîner la rotation du vilebrequin (11) à l’exception des deux positions particulières (points morts haut et bas);
ces deux positions sont rendues franchissables grâce à l’inertie de la masse du vilebrequin.
La course de déplacement est égale : C= 2.R
Caractéristique :
- Course du piston 3 : C =………(OA = excentration en mm).
- Quel est le mouvement de la manivelle 1/4 ?
- Quelle est la trajectoire du point A (Tête de la bielle) ? - Quel est le mouvement du piston 3/4 ?
- Quelle est la trajectoire du point B (pied de la bielle) ? - Quel est le mouvement de la bielle 2/4 ?
- La bielle doit être particulièrement résistante, car elle est sollicitée à : la traction, la compression et la flexion (force d’inertie de la masse).
Termes généraux Termes particuliers - Moteur -compresseur 1 : Manivelle
2 : Bielle 3 : Coulisseau 4 : Glissière
Exemple : Moteur thermique :
Autres systèmes dérivés :
Le montage sur le vilebrequin est rendu possible par des bielles en deux parties. La liaison piston-bielle est obtenue grâce à un axe rapporté, monté "ajusté libre" dans le piston et le pied de bielle est arrêté axialement par circlips (anneau élastique).
La transformation du mouvement de translation en rotation est réalisée par l’équipage mobile composé :
•Des pistons en alliage léger ; coulissant dans des chemises sèches qui peuvent être remplacées.
•Du vilebrequin, en acier forgé. Guidé en rotation par cinq paliers à axes alignés.
•Des bielles, en acier forgé assurant la liaison entre pistons et vilebrequin.
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Application – Système compresseur : Présentation :
Une société, spécialisé dans la production de compresseur, désire élaborer un nouveau modèle de compresseur (cylindrée 𝟏𝟑𝟑𝒄𝒎𝟑), sur le principe d’un modèle d’un compresseur existant (cylindrée 𝟗𝟖𝒄𝒎𝟑).
Spécifications techniques :
Les conditions d’implantation sont présentées. Les caractéristiques des différents organes sont :
- Compresseur : monocylindre d’une cylindrée de 𝟗𝟖𝒄𝒎𝟑. Débitant 150l /mn à 1500tr/mn à 𝑷𝒂𝒕𝒎. L’excentricité entre le vilebrequin 4 et le maneton 5 vaut e=20mm.
- Moteur : puissance 1Kw avec une vitesse fixe de 3000tr/mn.
- Réservoir : Capacité de 100l avec une pression de service de 10bars.
- Equipement : dispositif de mise à l’air de la canalisation pour le démarrage à vide ; soupape de sécurité ; robinet de purge ; manomètre de 12bars ; clapet anti retour ; vanne de cuve.
Évolutions techniques :
Afin de minimiser le cout de revient, la société a décidé de modifier la cylindrée en adaptant le paramètre de l’excentricité e. ce choix impose de modifier quelques pièces, notamment certaines dimensions du vilebrequin 4 ainsi que du corps 1.
La définition des pièces se réalisera à partir des informations sur le dessin d’ensemble et la nomenclature.
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1. Etude de liaisons : Compléter le tableau des liaisons suivant :
Liaison Nom Schéma en deux vue Degrés de liberté
R T
4/3 5/4 6/5 7/19
6/7 7/2 2/3
2. Indiquer les repères des pièces, et compléter le schéma cinématique minimal du compresseur ? 3. Donner le nom et la fonction des éléments suivants ?
Elément Nom Fonction
6 7 12 16 23 26 30 33
4. Sachant que la fréquence de rotation de 4 est de 1500 tr/mn. Calculer sa vitesse angulaire ? 5. Quel est le système permettant de transformer le mouvement de rotation de 4 en mouvement de
translation de 7 ?
6. Identifier les différents éléments composant ce système en fonction des termes généraux définis ci- dessous ?
Termes généraux Désignation des pièces du compresseur d’air 1
2 3 4
7. Traduisez la réponse de la question 6 par un diagramme SADT ?
8. Tracer le segment B’C’ sur la figure 2, correspondant à la bielle BC en position minimum haute pendant la rotation du vilebrequin AB, et le segment B’’C’’ sur la figure 3, correspondant à la bielle BC en position maximum basse.
9. Complétez le diagramme FAST de la transformation de l’énergie suivant ?
10. Cocher la (les) bonne(s) réponse (s) indiquant les caractéristiques du débit de ce compresseur ? Contant…… Continu…. Variable…… Discontinu……
11. Indiquer le clapet d’aspiration et celui de refoulement ? 12. Calculer la course du piston 7 ? (On donne : e=20mm)
13. Calculer la cylindrée du compresseur ? (On donne : dpiston=56mm) 14. En déduire le débit volumique Qv du compresseur ?
15. Fonction communiquer : On donne :
o Une vue perspective du vilebrequin 4 à l’échelle 1:1 o La vue de face complète du vilebrequin à l’échelle 1.5 :1 Remarque : Largeur de la rainure U=3mm
Compléter :
Vue de droite en coupe
½ vue de droite en coupe
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I. Système pignon crémaillère :
La rotation du levier de commande provoque la translation du fourreau nécessaire pour la descente de l’outil ‘forêt’ pour effectuer un perçage sur les pièces. Dans notre cas :
- Le mouvement d’entrée est une rotation ; - Le mouvement de sortie est une translation.
Un dispositif a été employé pour but de transformer la nature du mouvement d’entrée afin de l’adapter à la sortie.
Vu que le mouvement de sortie est de nature différente du mouvement d’entrée, on dit que la transmission de puissance est réalisée avec transformation de
mouvement.
Pour la perceuse, le dispositif de transformation de mouvement employé est formé par un pignon et une crémaillère. Selon le cas, d’autres dispositifs ayant des solutions technologiques diverses peuvent être utilisés pour réaliser la transformation de mouvement.
Remarque : On constate pour ce système la possibilité de réversibilité : la translation du fourreau peut entrainer la rotation de pignon.
Symbole d’un pignon crémaillère :
Déplacement linéaire : Le déplacement linéaire X de la crémaillère pour une rotation θ en radian.
X = R. θ
Vitesse linéaire :
𝑽 = 𝒅𝝎 𝟐 ⁄ = 𝑹𝝎
Avec : V : vitesse crémaillère en m/s𝝎 : vitesse de rotation du pignon rad/s d = m.Z : diamètre primitif du pignon en m Synthèse : Le système pignon et crémaillère permet de transformer un mouvement circulaire continu en un mouvement rectiligne et réciproquement (c’est-à-dire, le système est réversible)
Application – Perceuse sensitive :
Déterminer le nombre de tours effectué par le bras de commande d’une perceuse pour effectuer un déplacement de l’outil de 160 mm. On donne : Module de la denture m = 2 mm
Nombre de dents du pignon Z =15 dents
Exemple d’emploi du pignon crémaillère – Crémaillère de direction d’une automobile : Mouvement
d’entrée Mouvement
de sortie Organe menant Pignon
Crémaillère
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I. Système pignon crémaillère :
La rotation du levier de commande provoque la translation du fourreau nécessaire pour la descente de l’outil ‘forêt’ pour effectuer un perçage sur les pièces. Dans notre cas :
- Le mouvement d’entrée est une rotation ; - Le mouvement de sortie est une translation.
Un dispositif a été employé pour but de transformer la nature du mouvement d’entrée afin de l’adapter à la sortie.
Vu que le mouvement de sortie est de nature différente du mouvement d’entrée, on dit que la transmission de puissance est réalisée avec transformation de
mouvement.
Pour la perceuse, le dispositif de transformation de mouvement employé est formé par un pignon et une crémaillère. Selon le cas, d’autres dispositifs ayant des solutions technologiques diverses peuvent être utilisés pour réaliser la transformation de mouvement.
Remarque : On constate pour ce système la possibilité de réversibilité : la translation du fourreau peut entrainer la rotation de pignon.
Symbole d’un pignon crémaillère :
Déplacement linéaire : Le déplacement linéaire X de la crémaillère pour une rotation θ en radian.
X = R. θ
Vitesse linéaire :
𝑽 = 𝒅𝝎 𝟐 ⁄ = 𝑹𝝎
Avec : V : vitesse crémaillère en m/s𝝎 : vitesse de rotation du pignon rad/s d = m.Z : diamètre primitif du pignon en m Synthèse : Le système pignon et crémaillère permet de transformer un mouvement circulaire continu en un mouvement rectiligne et réciproquement (c’est-à-dire, le système est réversible)
Application – Perceuse sensitive :
Déterminer le nombre de tours effectué par le bras de commande d’une perceuse pour effectuer un déplacement de l’outil de 160 mm. On donne : Module de la denture m = 2 mm
Nombre de dents du pignon Z =15 dents
Exemple d’emploi du pignon crémaillère – Crémaillère de direction d’une automobile : Mouvement
d’entrée Mouvement
de sortie Organe menant Pignon
Crémaillère
