Calcul force vérins à gaz pour hayon

[Damien64]

Bonjour à tous !

Et merci d’avance si vous pouvez m’aider. Voici mon problème :

Je dois changer les vérins du hayon de mon véhicule qui ne supportent plus la charge avec le porte-vélos et les vélos installés dessus. Je dois donc les remplacer mais il me faut d’abord définir la force nécessaire pour chaque nouveau vérin.

Je vous mets en pièce jointe une photo avec toutes les côtes.

On peut considérer que le hayon est un carré dont le centre de gravité est au milieu.

Après renseignements, le poids réel du hayon est de 30 kg, donc le poids total à considérer (hayon + porte-vélo + 2 vélos) est de 75 kg.

Encore grandement merci si vous pouvez m’aider. Je me tiens disponible si je dois vous apporter des infos supplémentaires.

Damien


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[Damien64]

Pour simplifier l’énoncé, je me dis qu’on peut peut-être ne considérer qu’une seule poutre de 37,5 kg à la place du hayon et 1 seul vérin.

Je m’excuse de ne pas vous présenter une ébauche de calcul mais je n’ai plus aucune notion de calcul mécanique ! ..

[mécano41]

Bonjour,

Pour le moment, j'ai quelques questions. On est sur un véhicule à hayon relevable :

- position des CdG du porte-vélo et de chaque vélo par rapport au hayon ou plus exactement par rapport à son pivot) et détail des masses? (valeurs approximatives)

- le porte-vélos et les vélos sont-ils fixés à l'extérieur du véhicule? (si oui, ils se retrouvent donc au-dessus, lorsque le hayon est ouvert)

- les ressorts doivent donc bien être prévus pour aider l'ouverture et maintenir l'ensemble dans cette position ouverte?

- si oui, comment vas-tu faire pour pouvoir fermer le hayon lorsque les vélos (voire le porte-vélos) sont absents?

D'autres intervenants auront probablement d'autres questions...

Cordialement

[Damien64]

Bonjour et merci de vous proposer pour résoudre cette problématique.

Voici les réponses à vos questions :

- position des CdG du porte-vélo et de chaque vélo par rapport au hayon ou plus exactement par rapport à son pivot) et détail des masses? (valeurs approximatives)

Je pense que l’on peut considérer que le hayon du véhicule est un carré plan de 1300 mm de côtés, dont le centre de gravité est au centre de ce carré, soit à 650 mm de l’axe de rotation.

Le hayon pèse 30 kg.
Le porte-vélos pèse 15 kg.
Les 2 vélos pèsent 15 kg chacun.
Soit un total de 75 kg.


- le porte-vélos et les vélos sont-ils fixés à l'extérieur du véhicule? (si oui, ils se retrouvent donc au-dessus, lorsque le hayon est ouvert)

Oui le porte-vélos et les vélos sont fixés sur le hayon à l’extérieur du véhicule. Je vous joins une photo. Et oui ils sont par conséquent au dessus lorsque le hayon est ouvert.


- les ressorts doivent donc bien être prévus pour aider l'ouverture et maintenir l'ensemble dans cette position ouverte?

Oui les vérins à gaz sont prévus pour faciliter l’ouverture et maintenir le hayon en position ouverte. Ceux d’origine sur le véhicule ne sont plus suffisants avec le poids rajouté sur le hayon et je dois les remplacer par des vérins plus puissants dont il faut, grâce à votre aide, déterminer la force avant de passer commande.


- si oui, comment vas-tu faire pour pouvoir fermer le hayon lorsque les vélos (voire le porte-vélos) sont absents?

C’est un autre problème en effet, sans porte-vélos et vélos le hayon sera de fait beaucoup plus dur à fermer. L’idée est de trouver la force minimale pour soulever l’ensemble de sorte que ce ne soit pas trop difficile de fermer le hayon à vide. Après les vélos ne seront pas toujours présents mais le porté-vélo restera lui en permanence sur le hayon, ce qui facilitera un peu plus la fermeture.

Pour terminer je pense que l’on peut considérer le problème uniquement en position statique, c’est à dire unique lorsque le hayon ouvert à 90 degrés.

Donc la question pourrait être :

Quelle est la force minimale de chaque vérin pour maintenir le hayon de 75 kg ouvert à 90 degrés ?

Voilà pour mes réponses. Je me tiens toujours disponible pour vous apporter toutes les informations nécessaires.

Encore merci.

Damien

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[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Bonjour,

P * 1,3/2 = F * d

d = (0,7 * 0,15)/sqrt(0,7²+0,15²)

Ce qui donne environ (pour l'ensemble des 2 vérins)

C'est du très costaud.

Et il y a un os, avec le panneau arrière fermé, dans le début de la course d'ouverture, il faut vaincre le poids mais aussi une action du vérin (dans cette part de l'ouverture) qui tente de tenir la porte fermée.

Ce serait utile de faire quelques calculs pour voir si l'effort à faire dans le début de l'ouverture reste décent.

[mécano41]

... il y a un os, avec le panneau arrière fermé, dans le début de la course d'ouverture, il faut vaincre le poids mais aussi une action du vérin (dans cette part de l'ouverture) qui tente de tenir la porte fermée. Ce serait utile de faire quelques calculs pour voir si l'effort à faire dans le début de l'ouverture reste décent.

Oui. C'est pour cette raison que je demandais la position des CdG du porte-vélos et de chaque vélo par rapport au pivot... mais apparemment, il n'a pas bien compris et ne l'a pas donné...
Cordialement

[Damien64]

Merci beaucoup Black Jack 2.

Votre résultat est donc F = 4,43 * P pour l’ensemble des 2 vérins.

J’imagine que F et P sont en N.

Ce qui ferait :

F = 4,43 * 75 = 332 daN pour l’ensemble des 2 vérins puisque le poids total du hayon est de 75 kg.

Donc la force nécessaire d’un seul vérin serait = F/2 = 166 daN ? Êtes-vous d’accord avec cette valeur ?

Ensuite pour répondre à votre dernier paragraphe :

(Et il y a un os, avec le panneau arrière fermé, dans le début de la course d'ouverture, il faut vaincre le poids mais aussi une action du vérin (dans cette part de l'ouverture) qui tente de tenir la porte fermée.

Ce serait utile de faire quelques calculs pour voir si l'effort à faire dans le début de l'ouverture reste décent.)

De ce que j’ai compris du fonctionnement des vérins à gaz que je souhaite commander, ces derniers ne fond que pousser, du début à la fin de la course.

Si F est la force de poussée du vérin, en début de course le vérin va pousser à 1,4 * F et en fin de course il va pousser à 1 * F. C’est la caractéristique de ces vérins.

Donc je pense qu’une légère impulsion à l’aide de la main suffit à ouvrir le hayon, comme pour tout coffre de voiture.

Qu’en pensez-vous ?

Le plus important pour l’instant étant que le hayon reste en position ouverte à 90 degrés malgré son poids.

Damien

[Damien64]

Effectivement Mécano 31, il y a sûrement quelque chose que je n’ai pas compris dans votre demande.

J’ai tenté une explication dans mon précédent message (réponse à Black Jack 2).

Il m’est très difficile, voir impossible, de définir le centre de gravité du hayon + porte-vélos + vélos.

Ne peut-on pas considérer qu’il s’agit d’un simple carré plan dont le centre de gravité est au milieu ?

Merci de m’éclairer sur votre demande ou sur les raisons de votre demande pour que je puisse bien comprendre ce point et vous apporter les infos nécessaires.

Damien

[Black Jack 2]

Effectivement Mécano 31, il y a sûrement quelque chose que je n’ai pas compris dans votre demande.

J’ai tenté une explication dans mon précédent message (réponse à Black Jack 2).

Il m’est très difficile, voir impossible, de définir le centre de gravité du hayon + porte-vélos + vélos.

Ne peut-on pas considérer qu’il s’agit d’un simple carré plan dont le centre de gravité est au milieu ?

Merci de m’éclairer sur votre demande ou sur les raisons de votre demande pour que je puisse bien comprendre ce point et vous apporter les infos nécessaires.

Damien

Bonjour,

Le soucis par un dessin (pas à l'échelle, mais peu importe)

A gauche, porte ouverte, le vérin exerce une force F (en vert) qui tente à pousser le panneau de porte vers le haut

A droite, porte en court d'ouverture, le vérin exerce une force F (en vert) qui tente à pousser le panneau de porte vers le bas ...
Donc, pour ouvrir la porte, if faut combattre le poids, mais aussi l'action du vérin qui pousse la porte vers le bas.

Il faut aussi prendre garde à la fermeture de la porte, car arrivé à une position comme à droite sur le dessin, il sera difficile de retenir la porte à cause du poids et du sens de la force du vérin.

OK ?

[Damien64]

C’est très clair Black Jack 2.

Je comprends bien la nouvelle problématique.

Vous évoquiez d’autres calculs pour savoir si la force nécessaire pour ouvrir le hayon est réaliste.

Je suis preneur mais je ne veux pas non plus abuser de votre temps. Vous m’avez déjà communiquer la valeur d’effort nécessaire pour un vérin. L’objectif est atteint.

Si vous souhaitez poursuivre, il faut savoir que les futures vérins auront une force maximale de 130 daN chacun. Ce sera donc insuffisant pour 2 vélos, mais pour un seul vélo cela pourrait peut-être suffire (c’est déjà pas mal).

Avez-vous besoin d’autres données pour définir la force d’impulsion à donner à l’ouverture ?

Damien

[sh42]

Bonsoir,

Il faut regarder les moments des forces, ( poids du hayon, poids du porte-vélos, poids des vélos, effort manuel ), par rapport aux charnières du hayon.

L'effort manuel étant variable en direction et en intensité peut être limité car il est le plus éloigné de ces charnières.

Si la force du vérin est multipliée par 4, il y aura peut-être à vérifier les organes de fixations de ce vérin sur la carrosserie.

[Damien64]

Bonjour sh42,

Je ne sais pas si vous avez suivi tout le fil de la discussion.

On a considéré un simple segment à la place du hayon équipé (voir croquis plus haut), pour simplifier.
La masse de l’ensemble est de 75 kg, appliquée au milieu du segment.

La force nécessaire pour chaque vérin a été définie et est de 166 daN.

Comme la force générée par les vérins vont "freiner" (ce n’est pas le bon terme, lire plus haut), au début de la course, l’ouverture du hayon, la question se pose de quelle force manuelle est nécessaire pour amorcer l’ouverture, pour savoir si cette force manuelle est réaliste.

Les nouveaux vérins feront au final 130 daN chacun (limite de la gamme), ce qui représente 1,5 fois la force des vérins d’origine (87 daN). Les rotules seront changées en conséquence. Seule incertitude : la tenue du point d’ancrage de ces rotules dans la tôle du véhicule.

Merci de t’intéresser à ce sujet.

Damien

[gts2]

Bonjour,

Comme la force générée par les vérins vont "freiner" (ce n’est pas le bon terme, lire plus haut), au début de la course, l’ouverture du hayon, la question se pose de quelle force manuelle est nécessaire pour amorcer l’ouverture, pour savoir si cette force manuelle est réaliste.

Comment cela : les vérins "freinent" ?

[Damien64]

Bonjour gts2,
Tout est très bien expliqué 4 messages plus haut, croquis à l’appui.
Damien

[gts2]

Si c'est le message #9, dans les deux cas, le moment ouvrant est (quasi) le même (quasi le même angle), le cas à droite est même favorable puisque le moment du poids est plus faible.

[sh42]

Bonjour,

Il m’est très difficile, voir impossible, de définir le centre de gravité du hayon + porte-vélos + vélos.

Pour avoir une approximation, il faut :
* essayer de connaitre la force de poussée des vérins soit en lisant sur les corps soit en passant par les catalogues des pièces de rechange,
* faire 3 mesures avec le matériel suivant : le chevron en bois qui sert à soutenir le hayon ouvert et un pèse personne. Pour mesurer mettre le chevron du côté de la poignée, au milieu de la largeur du hayon, bien vertical et dessous le pèse-personne avec une cale épaisse pour répartir la charge.

première mesure prendre la distance entre le chevron et les charnières du hayon.

deuxième mesure : avec le porte vélo seul, mettre le hayon à l'horizontale soutenu par le chevron et lire le poids sur le pèse-personne,
troisième mesure : mettre un vélo, mettre le hayon à l'horizontale soutenu par le chevron et lire le poids sur le pèse-personne,
quatrième mesure : mettre le deuxième vélo, mettre le hayon à l'horizontale soutenu par le chevron et lire le poids sur le pèse-personne,

La deuxième mesure avec la longueur L va nous donner un couple, avec le poids du porte-vélo, cela va nous donner la position de son centre de gravité à l'horizontale.
La troisième mesure avec la longueur L va nous donner un couple, avec le poids du porte-vélo + le vélo, cela va nous donner la position du centre de gravité de l'ensemble à l'horizontale, mais comme on connaît le poids du porte-vélo et la position de son centre de gravité, on en déduit la position du centre de gravité du vélo puisque l'on connaît son poids.
La quatrième mesure est une duplication de la troisième pour connaître le centre de gravité du deuxième vélo.

[sh42]

la question se pose de quelle force manuelle est nécessaire pour amorcer l’ouverture, pour savoir si cette force manuelle est réaliste.

Pour l'ouverture du hayon, comme l'axe de poussée du vérin doit être presque dans l'axe des charnières, le moment généré doit être faible et comme la poignée est à plusieurs dizaines de centimètres, l'effort sur la main doit être faible.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Le couple résultant du au poids et aux vérins par rapport à l'axe de rotation est (à partir des données du croquis) :

Pour un angle d'ouverture alpha de la porte :



Avec en Nm, P et Fv en N

Si P = 750 N et Fv = 2600 N,il va falloir "aider" les vérins pour maintenir la porte ouverte (couple moteur à ajouter, environ 106 Nm)

Mais, en l'absence de charge (vélos), donc avec seulement le poids du hayon = 300 N, il faudra un couple d'environ 200 Nm pour refermer la porte.

Ces couples (manuel) étant fournis par une force sur le bord du hayon (force perpendiculaire au hayon), le bras de levier est de 1,3 m.

La force (en bout de hayon) pour maintenir la porte ouverte avec P = 750 N, est d'environ 81 N
La force (en bout de hayon) pour commencer à fermer la porte ouverte avec P = 300 N, est d'environ 154 N

Toutes erreurs de calculs incluses ... et aux imprécisions dues à la mauvaise connaissance de l'emplacement du centre de gravité du hayon chargé ou non.

[mécano41]

Bonjour,

Un petit bout d'appli. sous EXCEL-PC (à cause du VBA). Il faut autoriser les macros à l'ouverture. Fichier protégé mais aucun mot de passe.

Pour voir si l'on tombe sur les mêmes valeurs, il faudrait certainement corriger les cellules jaunes...

A l'oeil, on peut imaginer où sont les CdG. Il suffit de reculer le véhicule proche d'un mur et de mesurer la position du pivot et des CdG supposés...

Si nécessaire, je ferai un petit dessin animé par le curseur...je n'ai pas eu le temps...

Cordialement

[mécano41]

...j'ai oublié : ne pas oublier de surveiller les efforts sur l'articulaltion en O....

[mécano41]

Bonsoir,

Voici l'appli. avec ajout du petit dessin animé par le curseur ... cela peut éviter les grosses erreurs de saisie...

Cordialement

[Damien64]

Merci pour vos contributions, vérins de 130 daN installés et fonctionnels.

[Damien64]

Renforcement des points d’accroche :

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[sh42]

Bonjour,

La rondelle de grand diamètre permet de diminuer l'effort sur la tôle. Si en plus entre la tôle qui semble avoir une surface " biscornue " et la rondelle il y a de la pâte durcissable dans le temps, ce ne peut être que mieux pour la répartition des efforts.