²a - François DURAY

DURAY François
FUMADELLES Brice
FIRBAL Yannick
Année 2005/2006
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I) Introduction
p.3
II) Architecture générale du « Snowscoot motorisé » p.4
 Principe du snowscoot motorisé.
 Définition du snowscoot motorisé
o Motorisation
o Transmission de puissance
o Accélérateur/frein
o Liaison snowscoot/kit de motorisation
III) Etudes technique détaillées
p.6
 Système de transmission de puissance.
 Fixation des patins glisseurs avant.
 Liaison châssis/snowscoot
IV) Commande de gaz
p.22
V) Bibliographie
p.23
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I) INTRODUCTION
Objectif : Notre objectif est la conception d’un kit de motorisation facile
d’utilisation et adaptable sur la plupart des snowscoots actuels.
Dans notre cas nous allons étudier la motorisation du snowscoot par
propulsion à chenillette à l’aide d’un moteur thermique.
Cahier des charges : * Vitesse minimum souhaitée : 30 à 40 km/h.
* Poids : 1 personne + snowscoot motorisé 130kg
* Energie : thermique
* Encombrement maxi du système de motorisation : 300
x 250 x 300.
* Environnement d’utilisation : neige.
Nous avons tout d’abord glané un maximum d’informations sur les moteurs et les
snowscoots existants afin de partir sur les meilleures bases possibles pour la
réalisation de notre produit.
La suite de nos recherches ainsi que la phase de conception sont décrite dans les
pages suivantes.
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II) Architecture générale du « snowscoot motorisé »
- Principe du snowscoot motorisé à chenillette :
Le principe du snowscoot motorisé reprend en partie le principe du snowscoot
classique : en effet par le fait qu’il s’agisse d’un kit de motorisation à rajouter cela
n’altère en rien le snowscoot de l’utilisateur et ainsi l’esprit « glisse » du
snowscoot est préservé. Le snowscoot motorisé permet ainsi à l’utilisateur de
pouvoir se déplacer sur la neige facilement et sans efforts.
Cette version du snowscoot n’en est encore qu’en période d’essais mais notre but
dans un futur proche est une version qui permettra à l’utilisateur de parcourir de
grandes distances sur la neige avec une autonomie d’à peu près 50km.
- Définition de snowscoot motorisé à chenillette :
Le snowscoot motorisé doit permettre à un utilisateur d’évoluer de façon motorisée
sur la neige.
Motorisation :
Nous avons choisi un moteur thermique, sachant que l’utilisation du snowscoot
sera essentiellement sur la neige (besoin d’une importante vitesse de rotation). En
effet, il est préférable d’opter pour une propulsion thermique plutôt que pour une
alternative électrique en raison de son avantage en puissance, en autonomie, et pour
sa robustesse. Un moteur électrique poserait des problèmes à cause des batteries
qui craignent le froid et qui alourdiraient la machine.
Le moteur est situé à l’arrière sur un châssis directement en liaison pivot avec le
snowscoot. La transmission de puissance est assurée par chaînes reliées au pignon
entraîneur de la chenillette.
Transmission de puissance :
Afin de motoriser la chenillette arrière du Snowscoot, nous utilisons un système de
transmission par roues dentées et chaînes. Cette transmission se déroule en 2
étapes. Tout d’abord, la roue dentée de sortie du moteur est reliée à une autre roue
dentée par une première chaîne de transmission. Ce sera le premier rapport de
réduction du système de transmission. En suivant, sur l’arbre de cette même roue
dentée se trouve une autre roue dentée qui fait partie de la deuxième partie du
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rapport de réduction. Cette roue dentée est reliée à la roue dentée de la chenillette
par une chaîne et l’ensemble premier et deuxième rapport constitue le rapport de
réduction total pour transmettre la puissance du moteur à la chenillette.
Système de commande accélérateur/frein :
Le freinage s’effectue par simple relâchement de la manette des gaz ; les
frottements, l’inertie et le poids du système font qu’il ralentit suffisamment par lui
même. Le principe d’accélération s’apparente à celui du freinage d’un vélo, c'est-àdire par action mécanique sur une poignée qui permet de tendre le câble
d’accélérateur et donc de faire avancer le snowscoot.
Un système coupe circuit, similaire à ceux utilisés pour les jets ski, est intégré à la
poignée pour permettre au snowscoot de s’arrêter si l’utilisateur venait à être éjecté
de celui-ci.
Liaison snowscoot/kit de motorisation :
La chenillette doit avoir un maximum de contact sur le sol pour propulser le
système et donc pour avoir une adhérence maximale, il doit rester en position à plat
pour reposer entièrement sur le sol même si le snowscoot ce penche sur le coté car
pour tourner il doit ce mettre sur les carres.
Pour ces raisons de contraintes, nous positionnerons une liaison pivot entre le
plateau et le châssis moteur pour conserver toutes les caractéristiques évoquées cidessus.
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III) Etude technique détaillée
 Système de transmission de puissance.
Pour propulser notre snowscoot motorisé, nous avons reprit un système existant à
peut prés similaire sur une trottinette motorisé, découverte sur internet.
C’est le moteur de ce système, qui affiche des caractéristiques tout à fait
satisfaisantes pour les notre cahier des charges, que nous adapterons a notre kit.
Soit le moteur thermique suivant :
Nous avons contacté les concepteurs de la trottinette des neiges qui nous ont fournis
les renseignements suivants :
- Nombre de tour par minutes : N = 5 000 tr/min soit W moteur =523.6 rad/s.
- Couple : C = 13.2 nm.
vitesse annoncée: environs 35Mph (60 Km/h)
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ETUDE STATIQUE :
Nous avons réalisés une étude statique sur le snowscoot afin d’optimiser la position
du moteur. Tout d’abord nous avons isolé le moteur afin de calculer l’action sur la
liaison entre le kit moteur et le snowscoot puis nous avons isolés le snowscoot afin
de trouver la distance a laquelle l’ont devait placer le moteur.
Nos calculs sont les suivants :
Isolons le moteur :
Principe Fondamental de la Statique:
Somme des forces sur l’axe vertical :
R+Rsol-P=0
R+Rsol=P
Somme des moments :
-R*130+Rsol*160=0
R=1.23Rsol
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Bilan:
Rsol=131.9N
R=162.4N
Isolons le snowscoot :
Principe Fondamental de la Statique:
Somme des forces sur l’axe vertical :
-R+Rar+Ra=P
Ra+Rar=1192.45N
Somme des moments :
-R*b-Ra*660=-P*140
Ra= (-R*b+P*140)/660
Le but de ce résultat est de trouver b tel que le snowscoot ne ce cabre pas lorsqu’il
est a l’arrêt.
Ainsi nous avons Ra=90N environ car il nous faut un Ra positif pour que le patin
avant ne décolle pas.
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On peut alors calculer b.
Ce résultat nous donne
b= (P*140-Ra *660)/R
Application numérique :
Avec P=90+15kg poids de l’utilisateur et du snowscoot
b= -(105*140-90*660)/162.4
b=522mm
TRANSMISSION
La vitesse souhaitée est de 30 km/h à la chenillette soit V chenillette = 8.35 m/s.
Nous allons donc faire des calculs afin d’avoir la vitesse désirée en sortie.
On nous donne :
Vitesse moteur : Vm=26,18 m/s.
Puissance moteur : 20ch = 14 720 W et N = 5 000 tr/min.
D pignon moteur =50mm, D pignon chenillette =95mm.
W moteur = Wr1.
Vitesse de l’entrée et de la sortie du système : V chenillette = 30 km/h = 8.35m/s.
Vmoteur = r1 x W moteur
= 0.025 x 523.6 = 26.18 m/s.
W chenillette = (V chenillette / R chenillette)
= 8.35 / 0.125 = 66.8 rad/s
Transmission directe :
Pour transmettre le mouvement de rotation du moteur à la chenillette, nous sommes
tout d’abord partis sur un solution a transmission directe, mais de par les dimensions
choisies, la vitesse de sortie chenillette était trop élevée et le couple pas assez fort
pour permettre a l’ensemble du système de se déplacer.
W pignon chenillette = W moteur x (D pignon moteur / D pignon chenillette)
= 523.6 x (50 / 75)
= 276 rad/s
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Soit V chenillette = W pignon chenillette x R chenillette
= 276 x 0.125
= 34.5
V ch = 124.2 km/h.
Donc solution non retenue car vitesse trop importante de la chenillette
Transmission a deux rapports :
Pour pouvoir obtenir la vitesse souhaitée nous avons été obligés de mettre en place
une transmission à deux rapports, ce qui nous permettra d’abaisser la vitesse de
rotation ainsi qu’augmenter le couple.
On nous donne : Vitesse souhaitée de 30 km/h à la chenillette (V chenillette= 8.35m/s.).
Vitesse moteur de Vmoteur =26.18m/s.
Puissance moteur : 20ch = 14 720 W et N = 5 000 tr/min.
D1=50mm, D3=95mm.
W moteur = Wr1.
Schéma cinématique :
Moteur
28.18 m/s
Pignon moteur
diamètre 50 mm. (D1)
Pignon moteur (D2)
Chaînes
Pignon moteur. (D2’)
Chenillette
30 km/h
Pignon moteur diamètre
95 mm. (D3)
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Vitesse de l’entrée et de la sortie du système : V chenillette= 8.35m/s.
Vmoteur = r1 x W moteur
= 0.025 x 523.6 = 26.18 m/s.
W chenillette = (V chenillette / R chenillette)
= 16.7 / 0.125 = 66.8 rad/s
Wr1 = Wr2 x (D2 / D1)
Wr3 = Wr2 x (D2’ / D3)
D’où:
Wr1 / Wr3 = (D2 x D3) / (D1 x D2’) = K
Donc K = Wr1 / Wr3 = 523.6 / 133.6 = 3.91
On a le rapport de réduction K = 3.91
On connaît D1, on fixe arbitrairement D3 et il suffit de faire varier D2 et D2’, pour
obtenir K. Soit D1 = 50mm et D3 = 95mm.
On procède par simulation en modifiant les valeurs de r2 et r2’ :
D2
D2' exacte
D2' approché
nouvelle valeur de
K
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5,9
11,8
17,6
23,5
29,4
35,3
41,2
47,1
52,9
58,8
6
12
18
24
29
35
41
47
53
59
3,83
3,83
3,83
3,83
3,97
3,94
3,93
3,91
3,91
3,90
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Commentaire:
Pour des raisons de conception, on ne peut pas prendre la valeur exacte de D2’,
on prend alors la valeur entière la plus proche et on recalcule le coefficient K.
On choisit maintenant les valeurs de D2 et D2’ qui se rapproche le plus du
rapport de réduction K.
SOLUTION RETENUE pour le diamètre des différentes roues dentées :
D1 = 50 mm.
D2 = 80 mm.
D2’ = 47 mm.
D3 = 95 mm.
Calculs fais en considérant tous les pignons de même module.
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 liaison snowscoot au bloc moteur
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1. liaison par pivot simple :
Moteur
Liaison par pivot simple
Chenillette
Schématisation pour le calcul en RDM :
Yb
Yo
1500N
B
A
O
Xo
Le moteur:
1ch = 736W
Puissance moteur : 20ch = 14 720 W et N = 5000tr/mn
W moteur = 523.6 rad/s
Couple : C = 13.2 nm.
En sortie on a pignon de 50mm et un pignon de 80mm :
C’ = 13.2 x (80/50)
C’ = 21 N.m
Pignon D3=95mm et D2’=47mm
C’’ = 21 x (95/47)
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C’’ = 42.5 N.m
Or on sait que F = C/R:
F = 42.5/0.125
F = 340 N
On peut alors établir les matrices suivantes:
En O :
Xo
Yo
0
En A :
0
0
-1500 0
0
0
En O :
0
0
-1500 0
0
487.5
En B :
0
Yb
0
En O :
0
Yb
0
Pour le moteur :
0
0
0
0
0
0
-340
0
0
0
0
-0.75Yb
0
0
0
Principe Fondamental de la Statique en O:
On obtient donc :
∑ Forces= 0 :
Xo – 340 = 0
Yo -1500 + Yb = 0
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∑ Moments = 0
487.5- 0.75Yb =0
On trouve donc les composantes qui nous manquaient :
Xo = 340 N
Yb = 650 N
Yo = 850 N
Le schéma devient :
650N
840N
1500N
O
B
A
340N
Avec le logiciel RDM5 on obtient :
On peut constater que les efforts générés ne sont pas très élevés. Ainsi cette
solution par pivot simple est envisageable.
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2. création pivot simple de la pièce liant bloc moteur au snowscoot :
Nous avons réalisés des plans des pièces de liaisons entre le bloc moteur et le
snowscoot :
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IV) COMMANDE DE GAZ
Pour commander ce snowscoot, nous avions besoin d’une manette offrant quelques
éléments de sécurité et de maniabilité. Nous nous sommes donc renseignés avec les
fabriquant de scooter des mers afin de trouver une poignée de type « frein » comme
un frein de vélo et possédant un coupe circuit.
Poigné d’accélération
Cette fonction a pour objectif de sécuriser l’utilisation du snowscoot. Lorsque
l’utilisateur tombe ou saute, la poignée étant attachée à son bras par un leash, le
moteur se coupe par l’intermédiaire du déclipsage du manche sur son embout.
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V) BIBLIOGRAPHIE
Sites internet :
www.powerplank.com
www.polarisindustries.com
www.emerson-ept.com
www.renold.com
www.geniemeca.fpms.ac.be/liens/page_machines.htm
www.aerotech.com/products/motor/blmx.html
http://www.ipmc-racingbikes.com/
http://escohz.en.ec21.com/GC00380708/Gasoline_Engine_.html
http://www.daymak.com/daymaksite/scooters.html
Logiciels et documents utilisés :
- Catia
- RDM5
- Plans papiers
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