Force de coupe en fonction de l'angle de la lame

[Jujulive]

Bonjour,

je suis en terminal S SI et je travaille actuellement sur mon PPE qui porte sur le sécateur électrique infaco. Je m'occupe de l'amélioration de la transmission pour accroître l'effort de coupe. Pour le moment, cela peut aller, entre méca 3D, des mises en plan 2D avec calcul de moment et expérimentations sur le modèle présent au lycée, je m'en sort relativement bien.

Enfin bref, le souci est le suivant : je souhaiterais obtenir la force de coupe (en Newton) en fonction de l'angle de la lame, soit expérimentalement (si c'est possible) soit par Solidworks avec méca 3D ou autre comme sur l'image ci joint. Comment puis-je y parvenir ?

Cordialement
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[mersener]

Bonjours,
Tu veut déterminer la force de coupe où exercer une force donnée sur ta maquette ?
Si c'est pour déterminer, il te faut une maquette avec des capteurs.
Pour simuler avec méca3d à partir d'un effort connu, tu:
- crée ta courbe force/position angulaire avec excel ou l'outil de méca3d->courbes que tu sauvegarde
- ajoute un effort variable lié à la pièce (lame mobile) sur un point que tu a placé sur la lame mobile; avec comme paramètre la position de la liaison lame fixe/mobile

[Jujulive]

Bonjour mersener,

Je souhaite déterminer la courbe force/position angulaire expérimentalement ou avec Méca 3D. En effet, l'effort qu'exerce le bout de bois lors de la coupe est variable en fonction de la position angulaire de la lame.

Tu m'a parlé de capteurs ? Quel genre de capteur ? Comment l'appliquer sur le sécateur ?

Cordialement

[mersener]

salut,
Pour mesurer l’effort, il faudrait insérer un capteur de force dans le système (ou une jauge de contrainte sur une pièce) ce qui peut être assez problématique dans votre système. Le plus simple serais sans doute de mesurer les caractéristiques électriques en entrée de votre moteur et en tirer à partir des caractéristiques de celui-ci le couple qu'il fournit. Un essai à vide vous donnera une approximation des pertes dans votre chaine cinématique.
Il vous faut ensuite mesurer en parallèle la position de la lame mobile, la un potentiomètre rotatif linéaire (A) judicieusement placé pourrais vous aider....

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jujulive]

J'ai déjà réalisé au lycée quelques mesures : voici ci joint une image de l'intensité au niveau du moteur par l'intermédiaire d'une résistance par très loin de celui ci. Comment à partir du couple calculé je pourrais en déduire la force exercé par la lame en Newtons, sachant que la force qu'exerce le bout de bois n'est pas constante comme tu peux le voir sur les premiers fichiers joints ?

Concernant le potentiomètre rotatif linéaire, je n'ai absolument aucune idée de l'endroit où le placer, ni comment d'ailleurs ?

Cordialement

[Jujulive]

Voici les photos de l'oscilloscope

[mersener]

salut,
Il te faut les caractéristiques de ton moteur pour connaitre le rapport intensité / couple moteur, tu trouvera ça soit dans le dossier technique soit sur le site du fabriquant du moteur. A partir du couple tu peut soit utiliser la loi entrée/sortie du mécanisme soit passer les données dans méca3d et rajouter une force inconnue sur la lame mobile.

Pour le montage du potentiomètre, un support fixé sur le bâtis pour que son axe soit coaxial à la liaison pivot de la lame et bloquer / coller l'axe du potentiomètre sur la lame mobile. A vous de concevoir ça à partir de votre système et de vos composants.

Une remarque pour le traitement des données, certains oscilloscopes disposent d'un connecteur USB soit pour sauvegarder les données sur une clef soit pour réaliser directement les mesures à partir d'un PC. Regardez la doc de votre oscilloscope ou sur le site du fabriquant. Ce sera plus précis de travailler à partir des données brutes qu'à partir de l'image

Une dernière remarque, en général le bois n'est pas homogène, il vous faudra plusieurs mesures pour avoir des données représentatives (ne pas oublier de faire des essais au niveau des nœuds qui devraient générer des efforts plus importants).

[Jujulive]

Salut,

Le moteur sur la doc du lycée est un escap 36 si mes souvenirs sont bon et je ne trouve AUCUNE documentation dessus (le sécateur date d'une trentaine d'années). En revanche, j'ai trouvé sur plusieurs sites de TD sur le sécateur le même moteur escap 28DT12 : la constante est k = 37,7 mNm/A.

Je sais que C = k*I, donc j'aurais le couple moteur durant la coupe. En revanche, je me heurte à nouveau au problème de la motorisation. Le réducteur présent dans le sécateur du lycée n'est référencé nul part : c'est pourquoi j'ai choisi d'utiliser celui qui va avec mon moteur, le escap R32.

En cherchant sur internet, j'ai trouvé le rapport de réduction qui correspondait avec mon réducteur : soit i = 72,3

Je sais aussi que le rapport de réduction entre le pignon de la sortie du réducteur vaut 3 car Zpignon = 15 et Zroue = 45.

On a à vide N_moteur = 6900 tr/min et C_réducteur = 4,5 Nm, ainsi :

C_moteur = k*(I_coupe-I_0)

C_réducteur = C_moteur * i_réducteur*η_réducteur AVEC η_réducteur = i_réducteur/( C_réducteur/C_moteur) (si je ne me trompe pas : je calcul le rendement du réducteur à vide, puis j'utiliserais ce résultat du rendement lors du calcul du couple avec l'effort de coupe du sarment, car le couple ne sera pas le même)

Et enfin :

C_conique = C_réducteur*i_conique*η_coniqu e

Là, si je ne me suis pas trompé, j'aurais le couple au niveau de ma came.

- Est-ce bien ça ?

- Pour le choix du moteur et du réducteur, les résultats seront ils cohérents ? Car à vide, je trouve du 31,8 tr/min sur la came alors que selon les caractéristiques du sécateur, il devrait y avoir 75 tr/min.

- Quand tu dit "soit passer les données dans méca3d et rajouter une force inconnue sur la lame mobile", cela sous entend que je suis censé connaître le couple au niveau de la came ?

- Si je fait alors ce calcul de force sur la lame mobile, je n'aurais qu'une force constante ? Car on ne prend pas en compte les variations de la force qu'il faut exercer sur le bois pour le couper ?

- On parle bien de la force qu'exerce le bois sur la lame ? Ou de la force qu'exerce la lame sur le bois ? Ou est-ce la même chose ?

- Comment puis je mettre en rapport par la suite les résultats trouvés concernant la force et l'angle de la lame ? Je veux dire par là, quelle unités dois-je mettre en commun sur les deux mesures pour pouvoir les mettre en commun et obtenir le graphe ci joint au tout premier message ?

Merci pour l'attention porté à mon problème mersener. Je suis désolé pour ce grand nombre d'interrogations mais je suis légèrement dans le flou en ce moment malgré ma bonne volonté. J'espère que tu pourra y répondre à toutes.

Sur ce, bonne soirée

Cordialement

[Jujulive]

Ah oui, η_conique = 0,9

[mersener]

Re,
Si ton modèle méca3d comporte tout ton système, moteur ou arbre moteur compris, tu n'as qu'à définir le couple moteur variable sur l'arbre moteur et une force inconnue sur la lame. Le logiciel se chargera de calculer cette force qui sera ta force de coupe.

Pour tes calculs tu peut passer par l’énergétique ca te sera peut être plus simple. Il te faut juste tenir compte du fait que dans un système à engrenages (par obstacles) les pertes sont uniquement au niveau du couple. Ensuite ça devient simple, au niveau de la lame tu suppose que sur un intervalle de temps donné (suffisamment petit) la force est constante (donc le couple) donc l’énergie dépensée DE=Couple.Dq=Puissance.Dt. Tu as ta force en fonction de ton angle. (Cf. méthode des différences finies)

[Jujulive]

Slt,

je te tiens au courant, j'ai PPE dans la journée et je réaliserais sans doute de nouvelles mesures.

Par contre, qu'est-ce que Dq dans ton calcul ?


Qu'est-ce la méthode des différences finies ?

Cordialement

[Jujulive]

Je ne comprends pas comment obtenir la courbe de la force à exercer sur le sarment par rapport à l'angle de la lame sur Méca 3D ?

Si je mets une force inconnu, cette force va être forcément être constante après calcul, non ?

Cordialement

(PS : les mesures sur le prototypes vont être difficiles, il est extrêmement abimé, il a presque 30 ans)

[Jujulive]

UP

Svp, j'ai vraiment besoin de votre aide

Comment déterminer le graphe de mon premier message avec méca 3D ou autre. Connaissez vous d'autres logiciels qui pourraient m'aider.

Merci par avance