DISPOSITIF D`ESSUIE-GLACE DE LA RENAULT SCENIC II

Université Joseph Fourier - Grenoble
GMP 120
EXAMEN GMP 120
Session de Mai 2013 - Durée 2 heures
Aucun document autorisé
Calculatrice autorisée
Documents fournis :
• Présentation du support d’étude (p.1&2)
• Travail à réaliser (p.3&4)
• Tableau des liaisons (Document 1 – p.5)
• Dessin d'ensemble (Document 2)
• Schéma cinématique et résultat Méca3D (Document 3 - p.7)
• Epure pour tracé (Document 4 - p.8)
Les documents 3 et 4 sont à rendre avec votre copie
Remarque 1 : la présentation des documents rendus sera prise en compte ; vous devez
respecter les notations imposées dans le sujet.
Remarque 2 : identifiez correctement chaque réponse : indiquer le numéro de question.
Remarque 3 : tous les calculs seront explicités sous forme littérale avant l’application
numérique.
DISPOSITIF D’ESSUIE-GLACE DE LA RENAULT SCENIC II
1- Mise en situation et fonctionnement :
Les essuie-glaces sont actionnés par un moteur électrique, et commandés depuis
l'habitacle. Ils permettent de nettoyer le pare-brise avant, ainsi que la vitre arrière, sans
sortir du véhicule. Ils sont obligatoirement associés à un lave-glace, pompe électrique qui
projette de l'eau puisée dans un réservoir sur le pare-brise pour aider au nettoyage.
Un dispositif d'essuie-glace est formé d'un moteur électrique entraînant un montage de
type bielle/manivelle. Ce dernier assure la transformation du mouvement rotatif du
moteur électrique en mouvement alternatif pour les balais.
Un dispositif d’essuie-glace est avant tout un dispositif de sécurité permettant de
maintenir la visibilité du conducteur dans les conditions normales d'utilisation du véhicule.
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Les constituants du système étudié : voir dessin d'ensemble (doc.2) et détail doc.4
Le mécanisme étudié est commandé par un seul et unique moto-réducteur 3, composé
d’un moteur électrique à courant continu et d’un réducteur.
L’arbre de sortie du moto-réducteur est en liaison complète avec la bielle excentrique 4
(même classe d'équivalence).
La bielle supérieure 6, reliée à ses deux extrémités par des rotules, permet de transmettre
le mouvement de la bielle excentrique 4 (mouvement de rotation continu) au grand levier
7 (mouvement de rotation alternatif).
Ce grand levier 7 est en liaison pivot avec le bâti 1 via l’axe d’articulation 5, sur lequel est
directement raccordé le bras d’essuie-glace conducteur {8+9+17} (le bras d’essuie-glace
conducteur est donc en liaison complète avec l'axe 5 et le grand levier 7).
La bielle inférieure 10, reliée à ses deux extrémités par des rotules, permet de transmettre
le mouvement du grand levier 7 au petit levier 11.
Le petit levier 11, en liaison complète avec la bielle de commande 12, est guidé en
rotation par rapport au bâti 1 via un axe d’articulation 20.
La bielle de commande 12 transmet le mouvement au bras d’essuie-glace passager
{13+14+16+18}.
La bielle libre 15 est guidée en rotation par rapport au bâti 1 et par rapport au bras
d’essuie-glace passager.
Les constituants du réducteur : voir représentation schématique simplifiée ci-dessous
Réducteur à roue (c) et vis sans fin (a) : rapport de transmission krv = 0,065
Engrenage cylindrique à denture droite : pignon (b) et roue (d).
La roue (c) et le pignon (b) sont montés sur le même arbre (même classe d'équivalence).
Les 3 arbres (a, b-c et d) sont en liaisons pivots par rapport au bâti, réalisées par des
roulements.
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2-Analyse fonctionnelle (3 pts)
Question 1 Proposer un diagramme « Pieuvre » (ou des interacteurs) pour ce
mécanisme ; identifier et nommer les différentes fonctions.
Question 2 Sous la forme d’un tableau, caractériser ces fonctions : préciser les critères
(les niveaux ne sont pas demandés).
3-Etude cinématique (5 pts)
Question 3 Réaliser le graphe de structure (graphe des liaisons) de ce mécanisme - hors
moto-réducteur - (une couleur par classe d'équivalence). Précisez les différents centres
et axes des liaisons.
Question 4 Compléter le schéma cinématique fourni sur le document 3 : mettre en
couleurs (respecter le même code de couleurs que pour la question 3), indiquer les
points, et ajouter les liaisons manquantes.
4-Etude statique : détermination du couple moteur (12 pts)
Objectif de l’étude (questions 5 à 11) : on souhaite déterminer le couple que doit
exercer le moteur pour actionner les essuie-glaces.
Les hypothèses de l’étude sont les suivantes :
- les liaisons sont considérées comme parfaites (sans frottement) ;
- le poids des pièces du mécanisme sera négligé devant les autres actions mécaniques ;
- l'étude statique est réalisée dans une seule position (représentée sur le document 4) ;
- on note l'angle que forme la bielle supérieure 6 par rapport à l'axe x ; dans la position
étudiée tan = 0,2 ;
- l’effort de frottement des balais sur le pare-brise du véhicule est estimé à 10 N par
balai, appliqué au milieu du balai (points K et L) et perpendiculaire à celui-ci.
Données numériques (en mm) :
L'application du Principe Fondamental de la Statique à l'ensemble {bras d’essuie-glace
passager} a permis de déterminer l'action mécanique en E. Sa direction est tracée sur le
document 4, son intensité est de 77N, et son sens suivant -x et -y (action de 14 sur 12).
Question 5 Isoler la bielle inférieure 10.
Faire le Bilan des Actions Mécaniques Extérieures ; en déduire la direction des actions
mécaniques appliquées à la bielle inférieure.
Question 6 Isoler la bielle de commande {12, 11}.
Faire le Bilan des Actions Mécaniques Extérieures.
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Question 7 Résoudre graphiquement l’équilibre de la bielle de commande (c'est-à-dire
traduire graphiquement les 2 théorèmes issus du PFS) ; en déduire la valeur de l’effort
en D : X10→
→12 et Y10→
→12.
Le tracé est à réaliser sur le document 4.
L'application du PFS à la bielle inférieure 10 permet alors de déterminer l'action
mécanique en C de la bielle inférieure 10 sur le grand levier 7 :
!
!
D'autre part l'action mécanique du pare-brise sur le bras d’essuie-glace conducteur
(frottement) est :
!
#$
" #$ %&
!
#$
&
&
Question 8 Isoler l'ensemble {bras d’essuie-glace conducteur, grand levier 7}.
Faire le Bilan des Actions Mécaniques Extérieures, sous forme de torseurs que vous
justifierez (pour ceux qui ne sont pas donnés dans le sujet).
Rq : Une liaison rotule possède 3 degrés de liberté (3 rotations), le torseur des actions
transmissibles par une liaison rotule est donc de la forme :
'
Question 9 Appliquez le Principe Fondamental de la Statique (théorème du moment, en
O2, projeté sur z) et calculer l'action de la bielle supérieure 6 sur le grand levier 7.
L'application du Principe Fondamental de la Statique à la bielle supérieure 6 puis à
l'excentrique 4 (= arbre de sortie du moto-réducteur) permet alors de déterminer le couple
en sortie de réducteur :
Cr = 11,8 N.m
Question 10 Déterminer le rapport de transmission du réducteur.
Question 11 En déduire le couple moteur.
Question 12 L'étude statique a été effectuée sous Méca3D ; la courbe du couple en
sortie de réducteur Cr, pour un tour de l'arbre de sortie du réducteur (excentrique 4) est
donnée sur le document 3. Identifier sur le graphique les positions caractéristiques du
mécanisme : - balais en bas
- balais en haut
- position étudiée dans les Q. 5 à 11 (correspondant au document 4)
et repérer les phases de montée et de descente des balais.
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DOCUMENT 1 : LIAISONS
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A4H
Echelle
1:10
Dispositif d'essuie-vitres
RENAULT Scenic II
DOCUMENT 2
Mise à jour :
27/10/2005
Dessiné par :Daymen
Numéro d'anonymat :
DOCUMENT 3 : à rendre avec la copie
Question 4 Compléter le schéma cinématique fourni ci-dessous :
Grand levier 7
Question 12 Identifier sur le graphique (Cr pour un tour de l'arbre de sortie du réducteur)
les positions caractéristiques du mécanisme.
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Numéro d'anonymat :
DOCUMENT 4 : à rendre avec la copie
Question 7 Résoudre graphiquement l’équilibre de la bielle de commande 12 : en
déduire la valeur de l’effort en D : X10→
→12 et Y10→
→12.
Le tracé est à réaliser ci-dessous (échelle des forces : 1 cm pour 10 N).
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