VTT Vario Bomba

Etude de la suspension

Objectifs	Valider le critère de débattement. Déterminer les caractéristiques du ressort afin de respecter le cahier des charges.
CI abordés	CI 9.1 - Equilibre d'un solide soumis à 3 forces. CI 11.1 - Représentation d'un modèle comportemental. CI 11.2 - Paramétrage : Paramétrage associé aux progiciels de simulation CI 11.3 - Analyse des résultats de simulation.
Compte rendu	Compte rendu papier à imprimer : .
	2 x 1h50 (Etude sur 2 séances)

Le mécanisme de suspension est modélisé ci-dessous, on peut distinguer 5 classes d’équivalence cinématique : le cadre S0, le bras oscillant S1, la biellette S2, le basculeur S3, la partie tige S4 de l’amortisseur et la partie corps S5 de l’amortisseur. Le ressort 7 étant un solide déformable, il n’est pas répertorié dans ce bilan. On y rajoutera la roue arrière R1.

Lorsqu’un obstacle percute la roue arrière R1, celle-ci est projetée vers le haut. L'effort vertical sur la roue est transmis directement au bras oscillant S1 en G. Le bras oscillant S1 pivote autour de l’axe (H,z) de la liaison pivot, réalisée par 2 roulements à contact radial, avec le cadre S0. La biellette S2, en liaison pivot d’axe (F,z) avec le bras oscillant S1, est entraînée et pousse le basculeur S3 avec lequel elle a une liaison pivot glissant d’axe (D,z).

Le basculeur S3 pivote alors autour de l'axe (B,z) de la liaison pivot avec le cadre S0. La partie tige S4 de l’amortisseur, en liaison pivot glissant d’axe (C,z) avec le basculeur S3, est poussée par celui-ci et rentre dans la partie corps S5 de l’amortisseur. S4 et S5 sont en liaison pivot glissant en E.

Le déplacement de la tige S4 de l’amortisseur par rapport au corps S5 de l'amortisseur, lors de sa rentrée, comprime le ressort 7, ce qui va permettre d’emmagasiner l’énergie mécanique et donc de freiner la montée de la roue pour assurer le contact roue/sol.

1 - Modélisation

= 15 min

Question 1.1 - A l'aide des schémas cinématiques ci-dessus, réaliser le graphe des liaisons avec les ensembles S0 à S5. Vous préciserez les points de contact, le nom et les axes des liaisons. Indiquez par une flèche l'effort vertical appliqué par la roue R1 sur S1 en G.

Télécharger et dézipper le dossier ci-dessous :

Ouvrir le fichier Etude-suspension.SLDASM.

Attention ne pas changer la position de la suspension arrière pour ne pas influencer les résultats suivants. Sinon fermer le fichier sur SolidWorks sans enregistrer et l'ouvrir à nouveau.

Cliquer sur l'onglet Meca3d au dessus de l'arborescence à gauche.

Faire un clic droit sur Mécanisme puis Construction automatique, le mécanisme est construit de manière automatique et les liaisons ont toutes été créées :

Vérification du graphe des liaisons

Toujours dans l'arborescence de Meca3D, faire un clic droit sur Analyse puis Graphe de structure.

Vérifier et corriger si besoin votre graphe de liaisons.

2 - Débattement vertical

= 25 min

Dans un premier temps nous allons réaliser une analyse géométrique de la suspension afin de valider le critère de débattement. Vous devez vérifier que la valeur de course de l'amortisseur permet d'obtenir le débattement minimum spécifié au cahier des charges.

Question 2.1 - Relever dans la présentation ou dans la documentation technique :

la course maximale de l'amortisseur ;
le débattement minimum imposé par le cahier des charges ;
la définition du débattement selon le cahier des charges (à résumer).

Dans l'arborescence de Meca3D, faire un clic droit sur Analyse puis Calcul mécanique. Vous obtenez la fenêtre de paramétrage suivante :

Lire les informations et cliquer sur Continuer. Vous obtenez ensuite la fenêtre suivante :

Paramétrage de la simulation :

Type d'étude : choisir Géométrique, cette étude nous permettra de visualiser la position des différentes pièces du mécanisme lors du mouvement.
Nombre de position : 3.
Liaison : la liaison qui nous intéresse ici est celle qui concerne les deux classes d'équivalence cinématiques S4 et S5 qui composent l'amortisseur "Fox", retrouver cette liaison dans la liste.
Composante : dans ce cas c'est le mouvement de translation (Tx, Ty, Tz) qu'il faut sélectionner.
Positions : laisser la position initiale à 0 et indiquer la position finale de l'amortisseur correspondant à la course. Attention les unités sont en mètres.

Une fois le paramétrage correctement réalisé, lancer le calcul puis cliquer sur .

Pour afficher une trajectoire particulière afin de pouvoir exploiter les résultats de calculs, dans l'arborescence de Meca3D, faire un clic droit sur Trajectoire puis Ajouter.

Cliquer sur un point correspondant au centre de la roue arrière dans la fenêtre graphique de SolidWorks puis Ok.

La trajectoire est créée dans l'arborescence, les résultats de l'étude sont disponibles par un clic droit dessus puis Consulter.

Question 2.2 - Relever les valeurs nécessaires et calculer le débattement (vertical) modélisé. Conclure sur le respect du cahier des charges.

3 - Critère de réactivité

= 30 min

Nous souhaitons maintenant déterminer, au moyen d'études statiques et à partir de la valeur des efforts de "réactivité" et de "non talonnage" les caractéristiques du ressort de l'amortisseur.

Hypothèses :

L'étude se fait en position "ouverte", correspondant à la position sans enfoncement de l'amortisseur (voir schéma cinématique en début de page).
Le poids propre des différentes pièces est négligé devant les efforts en présence.
Tous les isolements seront ramenés à des problèmes plans.

Objectif : Déterminer l'effort que doit exercer le ressort (7) sur la tige de l'amortisseur S4 dans cette position ouverte afin de respecter le critère de réactivité.

Question 3.1 - Relever dans la documentation technique et compléter le DR :

la définition de l'effort minimal de réactivité selon le cahier des charges (à résumer) ;
l'effort minimal de réactivité imposé par le cahier des charges ;
les autres caractéristiques de l'effort de réactivité.

Vous allez créer une nouvelle étude dans Meca3D. Faire un clic droit sur l'étude précédente, puis Créer.

Recréer automatiquement le mécanisme par un clic droit sur Mécanisme puis Construction automatique.

A ce stade, vous devez ajouter les efforts qui s'exercent sur le système (l'action de la pesanteur sera négligée).

Dans l'arborescence de Meca3D, faire un clic droit sur Efforts puis Ajouter. Un certain nombre de possibilités vous sont offertes :

Vous allez placer l'effort de réactivité exercé sur la roue, il s'agira donc de placer un effort Constant fixe, cliquer sur Suivant.

La pièce sur laquelle s'applique cet effort est la roue, il suffit, dans l'espace graphique de Solidworks de cliquer sur la roue pour renseigner automatiquement le champ couleur saumon. Vous verrez alors apparaître bras oscillant, la roue a été intégrée à cet assemblage.

Cliquer sur Suivant.

Point de réduction : cliquer sur le centre de la roue.
Résultante (N) : indiquer la norme relevée à la Question 3.1 suivant l'axe de votre direction. Les axes sont indiqués en bas à gauche de la zone graphique.

Puis cliquer sur Terminer.

Procéder également à la mise en place d'un effort Inconnu fixe (celui que l'on veut déterminer par cette étude) sur la tige de l'amortisseur (S4).

Sélectionner la tige de l'amortisseur pour indiquer sur quelle pièce s'applique l'effort à calculer :

Cliquer sur le point de réduction de l'action mécanique à la base de la tige :

Cliquer dans la fenêtre Repère de référence et sélectionner la face en bleue ci-dessous.

Direction de la résultante : permet de définir le repère et la direction de l'action mécanique dans ce repère. Ici mettre un 1 en Z pour donner la direction de la résultante, perpendiculaire au plan en bleu.

Cliquer sur Terminer, puis fermer la boite de dialogue suivante en cliquant encore sur Terminer.

Les efforts nécessaires à l'étude sont présents, il faut procéder maintenant au calcul. Comme dans la partie précédente, faire un clic droit sur Analyse puis Calcul mécanique. En revanche, le paramétrage sera différent.

Nous allons procéder à une étude statique, dans une seule position. Il faut donc "figer" le mécanisme dans la position d'étude. Paramétrer le calcul en suivant l'illustration ci-dessous (la liaison qui nous intéresse est la "liaison pivot glissant 7"), lancer le calcul puis cliquer sur .

Pour obtenir les résultats, il faut revenir dans l'aborescence de l'étude et par un clic droit sur l'effort inconnu et fixe, choisir Résultats.

L'onglet Efforts doit être selectionné, puis cliquer sur Résultante et décocher X, Y et Z. Puis .

Question 3.2 - Compléter, sur le DR, les caractéristiques de l'effort du ressort (7) sur S4 pour respecter le critère de réactivité.

4 - Critère de non talonnage

= 90 min

Hypothèses :

L'étude se fait en position "fermée", correspondant à la position avec enfoncement de l'amortisseur (voir schéma cinématique en début de page).
Le poids propre des différentes pièces est négligé devant les efforts en présence.
Tous les isolements seront ramenés à des problèmes plans.

Objectif : Déterminer l'effort que doit exercer le ressort (7) sur la tige de l'amortisseur S4 dans cette position fermée afin de respecter le critère de non talonnage.

NB : A part les résolutions graphiques (sur DR), vous répondrez aux questions suivantes sur une feuille de copie.

Question 4.0 - Retrouver et résumer la définition du critère de non-talonnage selon le cahier des charges.

Isolement de S2

Question 4.1 - Isoler l'ensemble S2. Réaliser le B.A.M.E. énoncer le PFS qui s'applique. En déduire la direction des actions mécaniques au points F et D.

Isolement de S1

Question 4.2 - Relever la norme de l'effort maximal de non talonnage.

Question 4.3 - Isoler l'ensemble S1. Réaliser le B.A.M.E. On prendra, pour l'action au point G, les mêmes caractéristiques qu'à la Question 3.1 sauf pour la norme qui est ici égale à la valeur relevée à la Question 4.2. Énoncer le PFS qui s'applique.

Si vous n'avez pas les éléments suffisants pour passer à la suite, consulter le professeur.

Question 4.4 - Faire la résolution graphique sur le DR. Indiquer la valeur obtenue des forces en F et en H.

Isolement de {S4 + S5}

Question 4.5 - Isoler l'amortisseur {S4 + S5}. Réaliser le B.A.M.E. et énoncer le PFS qui s'applique.

Isolement S3

Question 4.6 - Isoler l'ensemble S3. Réaliser le B.A.M.E. (utiliser les réponses aux Question 4.1 et 4.4 pour déterminer les caractéristiques de la force au point D) et énoncer le PFS qui s'applique.

Si vous n'avez pas les éléments suffisants pour passer à la suite, consulter le professeur.

Question 4.7 - Faire la résolution graphique sur le DR. Indiquer la valeur obtenue des forces en C et en B.

Question 4.8 - En déduire l'intensité de l'effort du ressort (7) sur S4 pour respecter le critère de non talonnage. Compléter le cadre du DR.

Vérification par simulation

Faire une nouvelle étude en vous assurant que la suspension soit en position ouverte. Pour en être sûr, ouvrir à nouveau l'assemblage source.

Reprendre la méthode de la Partie 3 - Critère de réactivité. La seule différence dans cette étude sera dans le paramétrage de l'effort et du calcul.

Paramétrage de l'effort :

Dans cette étude, l'effort doit être modifié par rapport à la première étude (norme du critère de non talonnage).

Paramétrage de la position :

Lors du calcul en position ouverte, les positions initiale et finale sont figées à 0 alors que dans ce cas, la suspension est en position fermée. Modifier en conséquence, en fonction de la course de l'amortisseur, les positions initiale et finale.

Question 4.9 - Réaliser le paramétrage de l'étude et le calcul. Relever l'intensité de l'effort du ressort (7) sur S4 dans les résultats de l'étude. Comparer et commenter cette valeur avec celle obtenue à la résolution de la Question 4.7.

5 - Caractéristiques du ressort

= 30 min

Question 5.1 -

Ecrire la formule littérale permettant de calculer la force F₁ appliquée sur le ressort en position ouverte (calculée à la question Question 3.2) en fonction de l'écrasement e₁ du ressort et du coefficient de raideur k du ressort (Vous pouvez retrouver la formule correspondante dans votre livre de cours).
Ecrire la formule littérale permettant de calculer la force F₂ appliquée sur le ressort en position fermé (calculée à la question Question 4.9) en fonction de l'écrasement e₂ du ressort et du coefficient de raideur k du ressort.
Quel est le rapport entre e₁, e₂ et la course de l'amortisseur relevée à la Question 2.1 ?

Question 5.2 - En utilisant les 3 équations obtenues ci-dessus, en déduire la valeur du coefficient de raideur k du ressort.

Question 5.3 - Sachant qu'en position ouverte le ressort est comprimé à une longueur L = 88,94 mm, calculer la longueur L₀du ressort au repos.