TP Étude d`une boîte de vitesse

Extrait B.O.
TP Étude d'une boîte de vitesse
Transport
Déterminer
expérimentalement
le rendement d’un
moteur électrique.
Exploiter la
caractéristique mécanique
d’un moteur électrique et
déterminer un point de
fonctionnement.
A partir de la courbe
couple-vitesse d’un
moteur, calculer la
puissance qu’il fournit
pour un point de
fonctionnement donné
à l’aide de la relation
P = 2 x pi x nM.
Introduction
Pourquoi est-il nécessaire de changer de rapport
quand la voiture accélère ? Pourquoi est-il difficile
de démarrer une voiture avec la deuxième vitesse ?
La boîte de vitesse est un dispositif mécanique qui
permet d’adapter la transmission d’un véhicule
pour faciliter son accélération et son mouvement
en fonction de la caractéristique du parcours
emprunté.
Pendant le TP
La maquette boîte de vitesse est constituée d’un
moteur électrique alimenté en courant continu et
d’un ensemble d’engrenages permettant de réaliser les rapports de réduction, et d’une poulie sur
l’arbre de sortie permettant d’entraîner une masse
en montée ou descente permettant ainsi de définir
un point de fonctionnement pour le moteur.
Elle possède 3 rapports de réduction grâce à
6 engrenages. Chaque rapport est sélectionnable en changeant manuellement la position des
engrenages.
L’alimentation du moteur se fait en 12 V et le
moteur fonctionne dans les 2 sens de rotation grâce
à un interrupteur.
Exemples de manipulations
a) Rapports de réduction de la boîte de vitesse
Manipuler doucement à la main les engrenages de la boîte de vitesse en changeant la position des roues
dentées, et constater les différences.
Réaliser le montage suivant à l’aide du capteur tachymètre :
Placer le capteur tachymètre à environ 1,5 cm de la
roue grâce au support VTT.
Placer un shunt ou un cordon sur les 2 douilles de
la partie mesure de courant de la boîte de vitesse.
Alimenter la boîte de vitesse avec une source de
tension continue 12 V.
Raccorder la sortie analogique du tachymètre sur
l’entrée directe 1 de la console d’acquisition (Visio
ou Primo).
Actionner l’interrupteur de la boîte de vitesse vers
le haut.
Lancer l’acquisition des mesures et cocher la case
« ajouter une nouvelle acquisition ».
Modéliser la fonction représentant l’ensemble des
points obtenus.
Répéter ces opérations pour chaque rapport de
réduction.
▲ Vitesse angulaire de sortie obtenue pour chaque rapport
Conclusion :
Pour une même vitesse de rotation, la boîte de vitesse permet d’obtenir des vitesses différentes sur l’arbre
de sortie.
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LP
b) Caractéristique couple-vitesse du moteur électrique
Matériel nécessaire
Console Primo
Réf. 451 038
Maquette Boîte de vitesse
Tachymètre Initio® SA
Capteur Voltmètre VTT® 20 V
Réf. 280 001
Réf. 351 032
Réf. 472 001
Capteur Ampèremètre VTT®
± 0,5 A
Réf. 472 002
Boîte de masses à crochet
Réf. 703 016
ou
Conclusion :
On observe que le couple diminue lorsque
la vitesse de rotation augmente et cela pour
tous les rapports.
On observe également que le couple maximal
est obtenu pour les petits rapports de
vitesse, ce qui justifie qu’il soit plus facile
de démarrer une voiture à la 1ère vitesse plutôt qu’en 2e ou 3e.
Réf. 451 460
Réf. 451 461
Réf. 280 001
Réf. 351 032
Réf. 452 123
Réf. 452 142
Réf. 703 016
TP LP
Brancher un capteur voltmètre et un capteur ampèremètre sur la console.
Raccorder la sortie analogique du tachymètre sur l’entrée directe 3 de la console d’acquisition
(Visio ou Primo).
Paramétrer une commande manuelle avec comme paramètre la masse en g.
Suspendre une masse de 10 g sur la poulie. Lancer l’acquisition, faire monter la masse et cliquer
sur suivant. Reproduire la manipulation pour des valeurs de masse allant jusqu’à 250 g.
Console ESAO® Visio
Console ESAO® Visio Plus
Maquette Boîte de vitesse
Tachymètre Initio® SA
Adaptateur Voltmètre
ESAO®
Adaptateur Ampèremètre
TRMS ESAO®
Boîte de masses à crochet
▲ Relevé du couple en fonction de la vitesse pour
chaque rapport
c) Rendement du moteur électrique
En fonction de la masse, mesurer la vitesse, le courant et la tension absorbés.
Connaissant la valeur de la masse, il est possible d’en déduire le couple utile par calcul dans
le tableur de l’Atelier Scientifique sachant que Cu = m x g x r (r étant le rayon de la poulie)
Une fois que tous les relevés auront été
effectués et à l’aide des relevés du courant et
de la tension, déterminer par calcul dans le
tableur la puissance absorbée par le moteur
avec Pa = U x I.
Déterminer également la puissance utile
connaissant le couple utile Cu et la vitesse
sachant que Cu = Pu / Ω.
Puis déterminer le rendement par la relation
η = Putile / Pabsorbée
▲ Courbes du rendement en fonction de la vitesse
pour chaque rapport
Conclusion :
On remarque que le rendement max est obtenu pour une certaine vitesse et ce pour chaque
rapport de réduction.
Cela justifie l’importance de changer de vitesse au régime nominal pour chaque rapport de
manière à optimiser la consommation du moteur.
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