Projet mecanique IUT

[clem200]

Bonjour,
Je suis en IUT GMP 1ere année. Mon projet du semestre est de transformer une force vertical en un mouvement horizontal. En gros une masse de 1 kg sphérique tombe d'une hauteur de 1m. Le système doit se déplacer intégralement, et aucune énergie ne peut être stocker avant le départ.
Nous sommes donc partie sur une chaîne qui descend entraîner par la masse et qui entraîne un train d'engrenage reducteur de vitesse.
Le problème est que nous perdons pas mal d'énergie à cause du rendement et que la course de la masse est limité par la hauteur maximal.
Je fais donc appel à vous,.peut être avez vous une bien meilleur idée.
Merci d'avance.
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[inviteeff7d5de]

Bonjour !

Que veux-tu concrètement obtenir en sortie ( vitesse, course .. ) ? Et qu'entends-tu par "le système doit se déplacer intégralement" ? Parce que là je te dirais juste qu'une corde et 2 poulies suffisent

[Kissagogo27]

bonjour on pourrait comprendre que le "système" est un mobile sur lequel tombe une masse de 1Kg d'1m de hauteur et qu'avec cette énergie , ce mobile doit avancer le plus loin possible ? le plus longtemps ?

on ne peut stocker l'énergie avant le départ, mais si le début du stockage permet déjà de faire avancer le mobile peut t'il être autorisé ? genre un lancement de volant d'inertie ?

quant on parle de chute, s'agit t'il d'une chute au sens réel ou d'un mouvement vertical d'1m d'une masse de 1kg ?

[clem200]

bonjour on pourrait comprendre que le "système" est un mobile sur lequel tombe une masse de 1Kg d'1m de hauteur et qu'avec cette énergie , ce mobile doit avancer le plus loin possible ? le plus longtemps ?

C'est exactement cela, le mobile doit avance le plus loin possible (le temps ne compte pas, à condition de ne pas prendre 4 jours évidemment mais rien n'est spécifié dans le CDC actuellement).
Voici notre cahier des charges pour plus de compréhension : #### supprimé

on ne peut stocker l'énergie avant le départ, mais si le début du stockage permet déjà de faire avancer le mobile peut t'il être autorisé ? genre un lancement de volant d'inertie ?

Un volant d’inertie est utilisable (nous y avons penser mais voyons mal comment retransmettre l'énergie accumulé). Mais il doit être lancer par la masse qui descend (une chute n'est pas obligatoire.
Rien ne doit être en mouvement avant le lancement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Zozo_MP]

Bonjour

Travaillez plutôt avec des poulies cela faciliteras la mise au point.
Un poulie en MDF est facilement réalisable avec une perceuse et une défonceuse.

Pour l'entrainement de l'axe ayant les roues de propulsion utilisez un roue à rochet (pas à cliquet)

Répartissez la force de la masse sur tout le parcours de façon à avoir une vitesse la plus linéaire possible.
Pour cela mettre la masse sur une crémaillère qui entraine un tout petit pignon de façon à avoir une force linéaire
Comme l'objectif n'est pas d'aller vite mais d'aller le plus loin il est souhaitable d'avoir une faible accélération au départ puis des poussées successives.
L'alternative bien plus efficient que la crémaillère serait le double cône de Léonard de Vinci (mais simplifié en pur volant d'inertie de 1 Kg) qui est un volant d'inertie par définition. La puissance à l'axe et la vitesse élevée sur une grande durée est assurée.

L'idée complémentaire c'est de reproduire les patinettes à pédale que nous avions dans le temps en ayant le cône de léonard sur une pente en escalier et non pas une pente droite.
D'où la suggestion de la roue à rochet.

On résume la solution la plus simple et sûrement la plus efficiente.

Un volant d'inertie utilisant le principe du double cône sur une pente de Léonard de Vinci.
Sur l'axe une poulie avec un fil en kevlar (utilisé en modélisme).
deux biellettes qui fonctionneront en demi-ciseaux avec deux petite poulies (il faut en effet se rappeler que l'axe du cône de vinci descend de 1M).
Il y a une autre astuce avec un renvoi d'angle plus simple ( à revoir en détail pas le temps dans l'instant)

Mettre des roues de Ø 20mm ayant la bande roulement la plus étroite possible 1mm max avec un hyperfine couche de latex en périphérie pour le contact sol.

Avec une astuce made in zozo (astuces non encore dévoilée gnarff gnarff gnarffff )
Si mes calculs sur le genoux sont corrects votre voiturette pourrais parcourir en circulaire dans un gymnase la distance comprise entre 80 et 1602,2 mètres. Distance théorique sans l'effet patinette évoqué plus haut et à condition d'avoir de vraies pièces mécaniques de précision roulement à bille et fibre de carbone.
Il me manque des éléments sur le calcul volant d'inertie qu'un membre pourrait calculer pour nous.

Il y a toutefois un petit bémol votre voiturette fera en encombrement de 1500 x 1500 mm (1,5 m) et n'auras que trois roues de 20 mm. Il faut viser un poids de 1,5 kg en marche avec la masse de 1 KG.

Ce que je dis peut paraître idiot mais il suffit de sortir de son cadre de référence pour trouver une solution élégante au moins en théorie.

Cordialement

[Zozo_MP]

Bonjour

Je viens de voir l'encombrement max de 400mm cela ne change rien au principe mais cela risque de diminuer la distance annoncée (mais il y a peut être une solution simple pour ne pas trop perdre) dans le précédent mail. Pour la hauteur de 1 mètre pas de problème particuliers

Merci de mettre à l'avenir en zip les pièces jointes (il faut savoir que les fichiers sur serveurs externes sont interdits sur ce forum).

Cordialement


PS : si vous avez besoin d'aide ou de conseil sur le PERT demandez nous sommes experts sur ce point

[clem200]

Pour être franc je n'ai pas tout compris dans votre poste !

Bonjour

Travaillez plutôt avec des poulies cela faciliteras la mise au point.
Un poulie en MDF est facilement réalisable avec une perceuse et une défonceuse.

Pour l'entrainement de l'axe ayant les roues de propulsion utilisez un roue à rochet (pas à cliquet)

Répartissez la force de la masse sur tout le parcours de façon à avoir une vitesse la plus linéaire possible.
Pour cela mettre la masse sur une crémaillère qui entraine un tout petit pignon de façon à avoir une force linéaire
Comme l'objectif n'est pas d'aller vite mais d'aller le plus loin il est souhaitable d'avoir une faible accélération au départ puis des poussées successives.

Jusque la ok. Nous en étions d'ailleurs arriver aux mêmes conclusions sur la faible accélération.

L'alternative bien plus efficient que la crémaillère serait le double cône de Léonard de Vinci (mais simplifié en pur volant d'inertie de 1 Kg) qui est un volant d'inertie par définition. La puissance à l'axe et la vitesse élevée sur une grande durée est assurée
L'idée complémentaire c'est de reproduire les patinettes à pédale que nous avions dans le temps en ayant le cône de léonard sur une pente en escalier et non pas une pente droite.
D'où la suggestion de la roue à rochet.

On résume la solution la plus simple et sûrement la plus efficiente.

Un volant d'inertie utilisant le principe du double cône sur une pente de Léonard de Vinci.
Sur l'axe une poulie avec un fil en kevlar (utilisé en modélisme).
deux biellettes qui fonctionneront en demi-ciseaux avec deux petite poulies (il faut en effet se rappeler que l'axe du cône de vinci descend de 1M).
Il y a une autre astuce avec un renvoi d'angle plus simple ( à revoir en détail pas le temps dans l'instant)

Mettre des roues de Ø 20mm ayant la bande roulement la plus étroite possible 1mm max avec un hyperfine couche de latex en périphérie pour le contact sol.

Avec une astuce made in zozo (astuces non encore dévoilée gnarff gnarff gnarffff )
Si mes calculs sur le genoux sont corrects votre voiturette pourrais parcourir en circulaire dans un gymnase la distance comprise entre 80 et 1602,2 mètres. Distance théorique sans l'effet patinette évoqué plus haut et à condition d'avoir de vraies pièces mécaniques de précision roulement à bille et fibre de carbone.
Il me manque des éléments sur le calcul volant d'inertie qu'un membre pourrait calculer pour nous.

Il y a toutefois un petit bémol votre voiturette fera en encombrement de 1500 x 1500 mm (1,5 m) et n'auras que trois roues de 20 mm. Il faut viser un poids de 1,5 kg en marche avec la masse de 1 KG.

Ce que je dis peut paraître idiot mais il suffit de sortir de son cadre de référence pour trouver une solution élégante au moins en théorie.

Cordialement

La par contre je suis perdu. Que voulez vous dire par "principe du double cône sur une pente de Léonard de Vinci" ? Je ne connais pas cela et mes recherches n'ont porter leur fruit.
Vous parlez de roues diamètre 20 mais le mieux est de les faire les plus grands possible, non ? Du moins celle propulsive.

[Zozo_MP]

Bonsoir clem200

vous dites

Vous parlez de roues diamètre 20 mais le mieux est de les faire les plus grands possible, non ? Du moins celle propulsive.

Ca ce discute c'est une question de N/m. Si votre roue est plus grande vous aurez moins de frottement et vos roue font légèrement volant d'inertie mais alors il vous faudra plus de couple sur l'axe.

Vous verrez que vous serez à mené à faire constamment des compromis en la théorie et l'efficacité. Il ne s'agit pas d'une course de vitesse mais de distance. SI vous mettez une roue de 15 mm ou 20mm vous aurez besoin de moins de couple. Si vous mettez un trop grand couple le système de léonard que je vous propose fonctionnera moins bien.

Je vais essayer de vous trouver les images ou une vidéo du système di leonardo da vinci. Sinon j'ai déjà fait une maquette pour voir avec des pièces de mécano je vous le filmerais.

En dehors du fait qu'il fallait avoir une faible accélération avez vous compris les autres points.

Et vous de votre coté qu'avez-vous déjà imaginé et quels sont les points clés de vos premières conclusions (ex: faible accélération au démarrage)

Avez vous déjà un semblant de plan ou de principes envisagés.

Cordialement

[clem200]

Bonsoir clem200
Et vous de votre coté qu'avez-vous déjà imaginé et quels sont les points clés de vos premières conclusions (ex: faible accélération au démarrage)

Avez vous déjà un semblant de plan ou de principes envisagés.
Cordialement

J’essayerais de montrer quelque schéma demain, au pire lundi.

Nous sommes pour le moment partie sur un système assez simple avec une chaine et quelques engrenages. La masse de 1Kg descend le long de la chaine (le point de départ se situant à 1mètre de hauteur) le plus lentement possible en entrainant un train d'engrenage réducteur de couple. Celui ci (calculer pour avoir tout juste le couple nécessaire au démarrage) entraîne 2 roues que nous pensions les plus grandes possible, c'est à dire diamètre 40.
Mais ce n'est pas parfait, la course de la masse est assez limité, 1 m grand maximum puisque la hauteur est fixé par le CDC.

Nous réfléchissons à des méthodes pour entretenir le mouvement après le lancement. Par exemple des aimants, pôle nord sur les roue, pôle sud sur le châssis, qui donc se repousseraient à chaque tout de roue.

Nous en sommes au tout début, nous réfléchissons chacun dans notre coin et émettons des hypothèses, des idées, que nous éliminons au fur et à mesure.

[Zozo_MP]

Bonsoir Clem200

vous dites

Par exemple des aimants, pôle nord sur les roue, pôle sud sur le châssis, qui donc se repousseraient à chaque tout de roue.

Ne perdez pas votre temps avec ce système car il ne marche pas du tout. Il y a des centaines d'exemples sur le net. De toute façon vous allez vous faire retoquer par le jury car vous auriez utiliser autre chose que le poids.

Le système de Léonard de Vinci à un peu l'aspect du cône de l'image suivante sauf que les deux planches de coté sont parallèles et que dans le système proposé extrapolé de léonardo il suffit du disque plat comparable a un volant d'inertie (pas besoin de cône sauf pour les quatre premiers tours)


Cordialement

[Kissagogo27]

c'est l'équivalent du variateur a courroie ? grand diamètre au départ pour limiter le couple de lancement, et au fur et a mesure que la vitesse du volant d'inertie augmente, le diamètre d'entrainement diminue pour donner plus de tr/mn a ce volant ?

[Zozo_MP]

Bonsoir Clem 200

Pouvez-vous calculer la force nécessaire pour déplacer en N/mm, une voiturette de 1500 gr sur une sol presque parfaitement lisse (hall de l'IUT)

Décomposez comme suit :

force nécessaire pour vaincre l'inertie, en N/mm
Combien de mm doit parcourir la voiture pour atteindre sa vitesse de croisière sans patiner (avec deux ou quatre roues motrices aux choix)
force nécessaire pour que la "voiturette aérodynamique" avec un excellent CX aille à la vitesse de 100 mm/seconde.
Pour l'instant j'ai des roues caoutchoutée de mécano qui font 37 mm de diamètre pour tester la distance théorique dans la pratique

Par ailleurs pourriez vous mettre à notre disposition les 2 ou 3 annexes du cahier des charges.

Pourriez vous demander au profs qui organisent le concours si le parcours peut être circulaire par exemple avec un diamètre de 5 m ou déplacement seulement en ligne droite.
Dernière question quelle est la longueur du hall de l'IUT sans blaguer.

Cordialement

[clem200]

Pour les dernières questions :

-Je n'ai pas les annexes dont parle le cahier des charges. Le projet a été lancer à la va vite et je ne suis pas persuadé qu'elles existent encore( mais la masse est une sphère de 1Kg percer en son centre, c'est quasiment sur) !
-Le trajet doit obligatoirement être rectiligne malheureusement.
-Le hall de l'iut doit faire environ 60 mètres de long (approximation de ma part).

Le projet a été lancer assez rapidement, normalement un autre projet était prévu. Nous sommes l'année de test !

[Zozo_MP]

Bonjour Clem

Demandez à vos prof si la masse peut être un barreau cylindrique ou plusieurs barreaux cylindriques tant que l'on respecte la masse totale de 1 KG pour l'ensemble des barreaux (exemple 10 cylindres) ou plusieurs sphères 10 sphère de 100 gr

Bref est-ce qu'il existe des marges de manoeuvre ou non.

Cordialement

[Kissagogo27]

sinon la chute doit-elle être absolument verticale ? un bras de levier d'1m avec une masse d'1kg a son extrémité peut être une autre solution ( détail de la sphère percée, moyen de fixation ? )

[Zozo_MP]

Bonjour Kissagogo

Vous devriez lire le cahier des charges et vous rendriez compte que tout le système doit tenir dans une volume de 400 x 400 x 1000. Donc pour le bras de levier de 1 mètre il faut expliquer comment ce serait possible.

Cordialement

[clem200]

Bonjour Clem

Demandez à vos prof si la masse peut être un barreau cylindrique ou plusieurs barreaux cylindriques tant que l'on respecte la masse totale de 1 KG pour l'ensemble des barreaux (exemple 10 cylindres) ou plusieurs sphères 10 sphère de 100 gr

Bref est-ce qu'il existe des marges de manoeuvre ou non.

Cordialement

Je vais demander mais la masse étant le seul objet fournit et imposer je ne pense pas qu'il y est de marge.
Pourquoi ? Qu'avez vous en tête avec 10 sphères de 100gr ?

Sinon on m'a proposer aujourd'hui l'idée d'un moteur à friction. La masse en descendant bande un gros ressort spirale. Exactement le même principe qu'une petite voiture.

[Zozo_MP]

Bonjour

Je ne pensais pas à des sphères mais à des barreaux Un barreau de 100 gr doit suffire pour faire avancer la voiturette. Donc 10 x 1 = au moins 10 mètre mais en réalité le barreau descendant sur une pente la distance serait bien plus grande.

De toute façon pour l'instant j'ai laisser tomber les barreaux et je m'en tien à la sphère de l'énoncé cela évitera une déconvenue s'il faut respecter à la règle le règlement ce qui est souhaitable pour que tout le monde soit sur un pied d'égalité

Du coup j'ai laisser tomber le disque conique de la photo pour deux raisons : ce n'est pas un sphère et en plus le couple était finalement trop faible pour avoir une longue distance.

C'est à la fois plus simple mais il faut faire le dessin 3D complet (ce que je suis en train de faire en hors concours bien sûr )

Pour l'instant en se conformant strictement au règlement, il doit être possible de franchir la distance entre 60 et 80 mètres en étant un peu malin peut être un peu plus avec finalement assez peu de pièces si l'on excepte le châssis et le carter pour que les curieux ne voient rien jusqu'à la fin du concours.


- Qu'avez-vous comme logiciel 3 D (solidworks ou autre)
- Pour le schéma PERT de quel logiciel disposez vous.

N'hésitez pas à faire les calculs demandés hier cela permettra d'affiner la distance, menez plusieurs sujets de front vous verrez le temps est faible si l'on tient compte du temps de fabrication des pièces.


Cordialement

[Zozo_MP]

Bonsoir Clem

Vous dites

on m'a proposer aujourd'hui l'idée d'un moteur à friction. La masse en descendant bande un gros ressort spirale.

N'oubliez pas les bases des lois de conservation de l'énergie.

S'il vous faut 1 mètre pour bander le ressort vous ferez moins d'un mètre lorsque le ressort se détendra d'autant que l'effort pour bander le ressort n'est pas linéaire (ça force à la fin).

Dans les moteurs à friction sauf erreur de ma part il n'y a pas de ressort ou alors c'est une combinaison que je ne connais pas.

Renseignez vous sur la différence entre l'énergie cinétique du freinage et l'inertie potentielle lorsque l'on descend d'une montagne par exemple. C'est une piste que j'exploite dans l'idée que j'ai pour résoudre le problème posé. (Zut ! j'en n'ai déjà dit de trop mes petits camarades du forum vont deviner rapidement )

Cordialement

[clem200]

Bonsoir,

Dans les moteurs à friction sauf erreur de ma part il n'y a pas de ressort ou alors c'est une combinaison que je ne connais pas.

Dans le moteur que j'ai démonter si en tout cas. Un ressort de torsion, en spirale, se tend lorsque l'on tire la voiture. Puis il se détend extremement rapidement lorsque l'on lâche.
En pièce jointe le ressort en question. Le reste n'est qu'une question d'engrenage qui permet de sur-multiplier le mouvement en sortie (on ne tire pas la voiture autant qu'elle avance).

Renseignez vous sur la différence entre l'énergie cinétique du freinage et l'inertie potentielle lorsque l'on descend d'une montagne par exemple. C'est une piste que j'exploite dans l'idée que j'ai pour résoudre le problème posé. (Zut ! j'en n'ai déjà dit de trop mes petits camarades du forum vont deviner rapidement )

On va se renseigner.

[Zozo_MP]

Bonjour

ERRATA il faut lire énergie potentielle (faites un recherche sur ce forum un trésor est caché dedans)

Cordialement

[clem200]

Ps : Nous utilisons CATIA V5R20 comme logiciel CAO.

[invitef242c655]

Personnellement j'aurais utilisé une corde libre enroulée sur un cône solidaire des roues. La corde est attachée au poids et 'renvoyée' vers le cône par une poulie. En descendant, le poids fait remonter la corde qui entraine le cône qui est en prise directe avec les roues. Je prends un cône car ça permet de commencer avec plus de force de torsion et moins de vitesse et de finir avec moins de force et + de vitesse. Il faut juste prévoir un trou dans le cône pour le bout de la corde : à la fin du déroulement la corde se désengage toute seule.
C'est simple à faire, le plus dur étant de calculer le cône optimum...
J'espère que mon explication est claire (...pas sûr)

[invitef242c655]

Pour compléter ma réponse je pense qu'il faut abandonner les systèmes avec (trop d') engrenages car, à moins de faire des systèmes coûteux, ceux ci vont consommer une partie importante de l'énergie. De plus les tentatives pour stocker l'énergie (ressort...) n'apportent rien au projet.

[clem200]

Bonsoir,
Votre explication est claire, j'ai compris. Nous pourrions même envisager de créer un "chemin" plutôt que de faire descendre la masse en ligne droite, de manière à multiplier la course.
C'est pas bête, on va y réfléchir, merci !

[Zozo_MP]

Bonsoir

Damned grillé sur le poteau.

Enfin pas tout à fait !

(A suivre ...)

Cordialement

[mécano41]

Bonjour,

...Nous pourrions même envisager de créer un "chemin" plutôt que de faire descendre la masse en ligne droite, de manière à multiplier la course...

Le travail fourni par un point pesant se déplaçant verticalement et le travail fourni par le même point se déplaçant sur une ligne oblique est le même : w=m.g.h

h étant la différence entre l'altitude d'arrivée et celle de départ et m.g la force morice (poids). Si c'est incliné, la force motrice est F=m.g.sin(alpha) et la distance parcourue pour une dénivellation h est : d=h/sin(alpha) et le travail w=F.d est égal au précédent...

Cordialement

[Zozo_MP]

Bonsoir

J'ai fait une maquette tournante voici les résultats.

Distance parcourue 5.62 m en respectant la vitesse de 100mm/s annoncé il y a quelques posts.
Je ne donne pas les différentes données pour ne pas donner des infos aux compétiteurs concurrents de Clem.

Évidement comme cela a été fait avec des pièces de mécano sans aucun roulement à billes et un châssis non optimisé lourding de 1Kg ce qui compte tenu des frottements très importants sur les axes roues est très pénalisant.
J'ai fait l'expérience de rajouter seulement 500gr sur la totalité de l'ensemble et qui a pour effet d’arrêter la machine. Ceci uniquement pour vous donner une idée des frottements de la maquette


Petit astuce pour faciliter le démarrage mettre la sphère à 40° de la verticale quand elle ira taper contre le guide vertical le choc fait suffisamment avancer la machine pour lui permettre de démarrer.
Pensez à bien guider la sphère de haut en bas car l'oscillation ralenti d'un certaine façon le bouzin.

Donc 5.62m c'est le minimum à battre pour vous

En faisant différentes extrapolations à partir des éléments mesurés sur la maquette en changeant certains diamètres en fonction des frottements qui pourront être supprimés le résultat théorique est compris entre 7,105 m et 9,000 m.

Voilà amusez-vous bien et faite nous part du résultat.

Cordialement

[clem200]

5,62 m, record à battre. C'est bien enregistrer !
Nous vous communiquerons bien sur nos résultats. Mais il faudra être patient, nous ne pouvons théoriquement commencer les usinages que fin mai. Et le concours aura lieu fin juin.

Pourriez vous nous envoyer une photo de votre maquette svp ?

[Zozo_MP]

Bonsoir Clem

Je ferais une photo de l'actuelle maquette mais surtout de la suivante qui devrait être beaucoup plus légère pour battre mon propre record (enfin j'espère )

La plus légère avec un ou deux trucs que je veux tester pour améliorer le rendement devrait être disponible dimanche ou lundi.

Je ferais un plan PDF-3D de la nouvelle maquette pour que tout le monde puisse la faire tourner dans tous les sens et faire des suggestions d'amélioration.
Le précédent dessin 3D est parti à la benne suite à l'excellente remarque de mécano41.

Petite remarque il faut que le plancher de votre voiturette ait un trou de 40 à 80 mm. Savez-vous pourquoi?

Cordialement