Applications de mécanique

sur le support lève-barrière

un support matériel, disponible sous 2 aspects :

un lève-barrière réel, de fonctionnement automatisé

une partie opérative mécanique, de manœuvre manuelle

un modeleur volumique

un progiciel de mécanique

la partie opérative du lève-barrière :- un moteur asynchrone monophasé

- un réducteur roue-vis sans fin ( et variateur de vitesse )

- des effecteurs de transmission de mouvement

- une barrière

- différents principes de détection ( fins de course TOR, boucles de courant, … )

la partie commande du lève-barrière :- un automate programmable

la partie communication :- pupitre, PC et boîtier TCPIP

les objectifs abordés du référentiel :

B21 : mobilité des mécanismes

C111 : liaisons mécaniques normalisées

C113 : transmission des mouvements, cinématique des mécanismes

C114 : frottement entre solides

C121 : travail et puissance d'une force et d'un couple

D1 : schématisation

D2 : représentation géométrique du réel

Cinématique du lève-barrière

activités proposées :

- découverte du mécanisme et de son fonctionnement

- construction d'un modèle cinématique isostatique

- pilotage du modèle cinématique

- affichage de résultats

- modification d'un paramètre du modèle volumique et conséquences sur le fonctionnement

- simulation de fins de course

- intervention sur le réel

- synthèse

découverte du mécanisme et de son fonctionnement

par identification des classes d'équivalence du mécanisme

par manoeuvre du réel et / ou du virtuel

construction d'un modèle cinématique isostatique

traduction des contraintes d'assemblage du modeleur volumique

assemblage du modeleur :

coaxialité + coïncidencedegré de liberté rotation interprétation du traducteur de contraintes

construction d'un modèle cinématique isostatique

"réparation" du modèle cinématique

le mécanisme étant déclaré hyperstatique, il faut revoir la modélisation de certaines liaisons

pilotage du modèle cinématique

manuellement, pour vérification ( en faisant évoluer la position angulaire du degré de liberté rotation considéré )

en paramétrant un mouvement imposé pour la liaison considérée

motrice du mécanisme

simulation du fonctionnement envisagé

affichage des résultats

le grapheur permet l'affichage des courbes relatives aux caractéristiques cinématiques et dynamiques de toutes* les liaisons modélisées

modification d'un paramètre du modèle volumiqueavec pour objectif la recherche d'une position initiale horizontale de la barrière

embout écrou tendeur

plan de jauge

principe du réglage envisagé : modifier l'entr'axe de la biellette

astuce : le contact écrou-tendeur coïncide avec un plan de jauge propre au composant "embout",

… de position paramétrée par le modeleur volumique …

simulation de fins de course

… par la création de butées angulaires limitant le mouvement moteur du modèle cinématique

simulation du fonctionnement optimisé

intervention sur le réel

synthèse

Dynamique du lève-barrière

activités proposées :

- construction d'un modèle cinématique isostatique

- pilotage du modèle cinématique

- étude de l'influence de la gravité sur la valeur du couple moteur

- étude de l'influence du frottement sur la valeur du couple moteur

- modification d'un paramètre du modèle volumique et évolution des caractéristiques mécaniques de la transmission de puissance

- exploitation des résultats

construction d'un modèle cinématique isostatique

… l'assemblage se fait alors par définition des liaisons entre sous-assemblages ( classes d'équivalence ) créées par le modeleur volumique

… à partir d'un schéma proposé ( schéma spatial ), …

rotulepivot d'axe z j

pivot d'axe z i

rotule

construction d'un modèle cinématique isostatique

étude de l'influence de la gravité sur la valeur du couple "moteur"

étude de l'influence du frottement sur la valeur du couple "moteur"

interprétation des résultats

0

G

£P

C red-frotC f

C red-frot

C f0

£P

G

détermination du couple moteur

puissance utile moteur Pmot

puissance sortie réducteur Pred

couple sortie réducteur C red

réducteur :rapport de réduction r = 1 / 80rendement réducteur η red = 50 %

moteur :n mot = 1500 tr/min

relations de transmission de puissance : P = C x ω ( puissance mécanique de rotation = couple x vitesse angulaire ) W N.m rad/s r = n sortie / n entrée ( rapport de réduction = fréquence de rotation sortie / fréquence de rotation entrée ) η = P sortie / P entrée ( rendement = puissance utile ou puissance de sortie / puissance absorbée ou puissance d'entrée ) ω = π x n / 30 ( ω en rad/s et n en tr/min )

modification d'un paramètre du modèle volumique

modification de la longueur de lisse

détermination de la puissance motrice

couple et vitesse angulaire de l'arbre de sortie du réducteur

P = C x ω …

… et ça marche !

commentaires,

… d'un point de vue matériel support :

- matériel simple, robuste et de qualité

- système autonome et chaîne fonctionnelle

- partie opérative visible

- interventions sur la partie opérative envisageables

- faisant partie de l'environnement quotidien des élèves

- de coût très abordable

…

… d'exploitations pédagogiques multiples et variées :

- analyse fonctionnelle

- étude de composants et sous-ensembles fonctionnels types ( réducteur roue-vis sans fin, éléments roulants, rotules, bielles, manivelles, … )

- interventions sur la partie opérative ( démontage, réglage, tests de performances )

- "rgao", cinématique, statique, dynamique, … avec ou sans progiciel

- comparaison avec d'autres produits, de fonctionnalités voisines

- configuration de parties commandes ( grafcet, gemma )

- communication

- études de différents principes de détection ( capteurs TOR, boucles de courant )

- électrotechnique ( couplage moteur, variation de vitesse, protection magnéto-thermique )

commentaires,

… d'un point de vue matériel d'exploitation :

modeleur et progiciel de mécanique très gourmands !

- processeur de fréquence 500 Mhz

- mémoire RAM : 128 Mo ( 64 )

- moniteur 17 pouces ( résolution 1024 x 768 )

configuration minimum :

- lecteur et graveur de CDROM

- windows 2000 ( 98 )

commentaires,

… propres au progiciel de mécanique :

- on travaille directement sur le modèle volumique ( le schéma cinématique n'est plus nécessaire )

- on parle enfin d'isostatisme ( et on traite les problèmes d'assemblage en conséquence )

- facilité de modifier un composant ( et d'en percevoir directement les conséquences )

… et en comparaison avec d'autres produits, utilisés par le passé …

…

- en visualisation 3D

… hautes performances de l'affichage des résultats :

évolution dynamique des efforts

mais aussi :rendu dynamique des rebonds… des amortissementsdétections de collision …

- en traitement de courbes

… c'est tout !