TP Comparaison solutions constructives F2000 thermique et

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Innovation
Technologique et EcoConception
2. CONCEPTION MÉCANIQUE DES
SYSTÈMES
2.1 Conception d’un mécanisme :
Définition volumique d’une pièce
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Niveau : 3
1ère
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COMPARAISON SOLUTIONS CONSTRUCTIVES
VÉHICULE ÉLECTRIQUE / THERMIQUE
Objectif :
Comparer les performances entre le véhicule électrique et le véhicule
thermique
Support d’activité :
-
Véhicule F3E
Tachymètre
Internet
DOCUMENT RÉPONSES
NOMS : ________________/_______________/________________/________________
GROUPE : __________
DATE : __________________
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SYSTÈMES
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2.1 Conception d’un mécanisme :
Définition volumique d’une pièce
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LE VEHICULE ELECTRIQUE F3E
ANALYSE DES SOLUTIONS RETENUES DES DIFFÉRENTES FONCTIONS
Question 1 :
Placer les flêches correspondantes aux fonctions :
Adaptation d’énergie
(électrique-> électrique)
Variateur de vitesse
Stockage d’énergie
(chimique -> électrique)
batterie
Transformation d’énergie
(électrique -> mécanique)
moteur
Question 2 :
Placer les organes sous les fonctions sur le schéma bloc ci-dessous :
(Moteur CC, Réducteurs différentiel cardans, roues, Variateur 40A)
Stockage
d’énergie
Batterie 22V
Adaptation
d’énergie
Variateur 40A
Transformation
d’énergie
Adaptation d’énergie
mécanique
Agir sur l’effecteur
Moteur CC
Réducteurs,
différentiel,
cardans
Roues
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ANALYSE DES SOLUTIONS RETENUES DE LA CHAINE D’ÉNERGIE
ANALYSE DE LA FONCTION ADAPTATION D’ÉNERGIE MÉCANIQUE
Question 3 :
A l’aide de la ressource internet, donner une définition de :
Roue dentée : ……………………………………………………………………………………………
Pignon : …………………………………………………………………………………………………..
Engrenage : ………………………………………………………………………………………………
Question 4 :
Compléter le schéma ci-dessous :
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Question 5 :
Pour chaque réducteur, compter le nombre de dents (Z) de la roue et du pignon (Z) de chaque réducteur puis
calculer le rapport de réduction du réducteur r = ZPignon/ZRoue
Réducteur 2
Z roue =…48 dents…
Z pignon =……15……...
rapport de réduction r2 =……
Réducteur 1
Z roue =…40………….
Z pignon =……………24……...
rapport de réduction…r1 =…….
Question 6 :
Vérifier que le diamètre de roue est de 120 mm (∅ roue)
Question 7 :
En déduire la vitesse du véhicule F3E pour une vitesse de rotation de Nmoteur = 15000 tr/min
V (mm/min) = π. ∅ roue.r1.r2.Nmoteur = …………………..……………….…
V (km/h) = ………………………………………………..………………………
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2.1 Conception d’un mécanisme :
Définition volumique d’une pièce
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NOTION DE COUPLE
Le couple C est le produit de la force F par la distance L
L (m)
C (Nm) = F(N) x L (m)
F (N)
Exemple :
soit une masse de 10kg, son poids P est égal à 98,1Newtons
P = M x g (gravité terrestre = 9.81 m/s²)
1/ tenir la charge, bras vertical, la force de traction du bras est de 98,1N :
cette force de traction du bras est supportable
2/ tenir la charge en bout de bras horizontal
1m
98,1 N
98,1 N
Au niveau de l’épaule, nous avons une force de 98,1N et un couple de 98,1 m.N (1m x 98,1N)
C’est ce couple qui est difficile à supporter.
98,1 Nm
98,1 N
Question 8 :
Sachant que l’on souhaite avoir un couple aux roues = 4 Nm , Calculer la force F nécessaire au déplacement :
F (N ) =
F (N) =
C ( Nm)
R ( m)
R rayon des roues
………………………………………………………
Question 9 :
Sachant que le véhicule a une masse de M = 1.57 kg, Calculer l’accélération a du véhicule
a(m / s 2 ) =
2
a (m/s ) =
F (N )
M (kg )
……………………………………………………
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VÉRIFICATION DE LA PUISSANCE MOTEUR RETENU
Question 10 :
Sachant que Nmoteur = 15000 tr/min, Calculer la fréquence de rotation en rad / s
ω roue = 2 x π x Nmoteur x r1 x r2 / 60
ω roue (rad/s) =
………………………………………………
Question 11 :
Sachant que le couple aux roues = 4 mN, Calculer la puissance en W
P (W) =
P=Cxω
……………………………………………….……
Question 12 :
Valider le choix d’un moteur d’une puissance de 1100 W à partir du résultat précédent
…………………………………………………….………
ANALYSE DE DIFFÉRENTS SOUS-ENSEMBLES MÉCANIQUES
Palier arrière de moteur
différentiel
Triangle de
suspension
Ressort et
amortisseur de
suspension
Fonction suspension
Fonction motricité (énergie mécanique)
Fonction support d’arbres (paliers) :
Fonction transmission aux roues
Arbre + cardans
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Question 13 :
Entourer les différents paliers sur la photo ci-dessus
Question 14 :
Compléter le tableau ci-dessous en indiquant la fonction de chaque organe
élément
organe
Fonction et description de la solution
1
Variateur de vitesse
2
Moteur CC
Transformer une énergie électrique en énergie mécanique
3
Réducteur 1 et 2
Réduire la vitesse / augmenter le couple d’environ 2 à 2.5
4
Différentiel
5
Arbre + cardans
Adapter une énergie électrique
Permettre aux roues motrices de tourner à vitesses différentes en
virage (et donc d’améliorer fortement la tenue de route)
Transmettre la puissance aux roues aux différentes positions de
suspension (de façon homocinétique, donc à vitesse régulière.
MESURE DE VITESSE VÉHICULE ÉLECTRIQUE
Question 15 :
Mesurer, à l’aide d’un tachymètre, la vitesse de rotation N (tr/min) de la roue
N (tr/min) =
…………………………………………………
Question 16 :
En déduire la vitesse du véhicule F3E en mm/min puis en Km/heure.
V (mm/min) =
V (km/h) =
…………………………………………………
…………………………………………………
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LE VEHICULE THERMIQUE F2000
DIFFÉRENTS ÉLÉMENTS DU VÉHICULE F2000
Question 17 :
Identifier les différents éléments de la voiture sur la photo du document réponse :
-
Le carburateur
Le réservoir
Les roues
Le moteur
Le frein
-
La transmission par engrenage
L’amortisseur
servo-moteur frein / accélérateur
Le triangle avant de direction
ANALYSE DES SOLUTIONS RETENUES DE LA CHAINE DU VÉHICULE F2000
ANALYSE DE LA FONCTION MOTRICITÉ
Question 18 :
En déduire la distance parcourue par le véhicule F2000 pour 1 tour de moteur sachant que
Distance (mm) = r1 x r2 x π x D roues (mm)
r1=0.3125
r2 = 0.6
…………………………………………………………
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2. CONCEPTION MÉCANIQUE DES
SYSTÈMES
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2.2 Comportement d’un mécanisme et/ou
d’une pièce : mouvements des mécanismes
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Question 19 :
Sachant que la vitesse du moteur est de 14000 tr /min, en déduire la vitesse de l’automobile en mm/min
puis en Km/heure.
V (mm/min) = Nmoteur (tr/min) x Distance (mm)
…………………………………………………………
V (km/h) = …………………………ATTENTION au changement d’unité mm/min >> km/h
ANALYSE DES DIFFÉRENTES FONCTION DE LA CHAINE D’ÉNERGIE
Question 20 :
Compléter le schéma bloc présentant la chaine d’énergie en reportant les différents numéros
Stocker
énergie
Distribuer
énergie
Convertir
énergie
Adapter
énergie
Réservoir
1
Carburateur
Moteur
2 temps
Réducteur 1
Réducteur 2
Entrainer
la roue en
rotation
5
1
2
3
4
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2.2 Comportement d’un mécanisme et/ou
d’une pièce : mouvements des mécanismes
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Question 21 :
En vous aidant d’internet, expliquer, sous forme de schéma ou croquis, le fonctionnement d’un moteur à
explosion 2 temps.
COMPARAISON DES VITESSES TROUVÉES
Question 22 :
Compléter le tableau ci-dessous
Calcul de Vitesse F3E (km / h)
Calcul de Vitesse F2000
Mesure de Vitesse F3E
Question 23 :
Conclure
………………………………………………..……………………
………………………………………………..……………………
………………………………………………………………..……