Bac Pro Dpi 1999 Sujet Essui Glace

5/11/2018 Bac Pro Dpi 1999 Sujet Essui Glace

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Baccalaureat professionnel Definition de produits Industriels1124

Session 1999 Code: 9906-DPI STB

~efiDitioD de fJroduits JDdustrielsepl'euve : e1~1 - CAlcul. Ite v.rificAc101J.

Duree: 4 heures Coefficient: 2

Competences et connaissances technologiques associees sur lesquelles porte l'epreuve :C.13 Isoler des sous-ensemblesC.14 Decoder les cinernatiquesC1.8 Comparer l'aptitude du produit a l'emploi.C2.4 Dimensionner les elements.S.I Analyse fonctionnelle et structure lie des systernesS.4 Calculs de predetermination et de verification.S.5 Les outils de la communication technique.S.8 Hygiene et securite. Ergonomie.

Ce sujet comporte :

- Un dossier technique Pages 1 a 14- Un dossier travail dernande Pages 15 a 24

Documents a rendre par le candidaf(y compris ceux non exploites par Ie candidat) : 17 a 24

Ces documents ne porteront pas i'identite du candidat. lis seront agrajes a line copie d'examen par lesurveillant.Calculatrice autorisee ; documents personnels autorises,


2/24

DOSSIER TECHNIQUE

Doc 2124


3/24

Doc 3/24

PRESENTATION DU MECANISME

Fonctions de service:

Fonctions principales:Fp 1: Ameliorer la visibilite de 1'utilisateur au travers du pare brise.

Fonctions cornplementaires:Fe 1: Permettre Ie reglage de Ia position du porte balai par rapport au pare-brise.Fe2: S' adapter et se fixer sur la earrosserie.Fc3: Supporter une alimentation 12 v continuo

Utilisateur A lim e nta tio n e le ctr iq ue12 v

Pare-brise

MECANISMEESSUIE GLACE

Fpl Fe2

C arrosserie d u v eh icu le


4/24

Doc 4/24

PERSPECTIVE DU MECANISME

SO U,"> ' NSF M BL E S E T U DIE S :MOTO REDUCTEUR. (A )TIMONERIE: (B)BALAH PORTE BALA I : (C )


5/24

MOTEUR

REDUCTEUR

Doc 5124

PERSPECTIVE DU MOTOREDUCTEUR

12

11

s


6/24

A ACouverc/e en/eve Doc 6/24--1

224423

5 36 16

-7--__ ~ ~ ~ = r - ~ ' - r ~ ~ ~IIIlL i'i-l lUIq .l ~

\

Rotor endemi- ,~I f J r ; ; ;


7/24

Doc 7/24

24 1 Bague23 2 Axe222120 1 Axe d'entrainement19 1 Couvercle181716 1 Anneau de fixation pour rotule15 2 Baeue141312 1 Stator11 1 Rotor10 1 Anneau de fixation pour rotule09 1 Carter moteur08 --07 1 Collecteur06 2 Rotule05 1 Vis sans fin ; 2 filets; mn=O,8 ; Vne

partie: filet a droite ; Autre partie:filet a eauche

04 1 Pignon Z=15 ; m=0,9 ; Denture droite Monte glissant sur 23Roue Z=29 ; mn=0,8 ; f3=14 ; Denturehelicofdale a droite

03 1 Pignon Z=15 ; m=0,9 ; Denture droite Monte glissant sur 23Roue Z=29 ; mn=0,8 ; f3=14 ; Denturehelicoidale it gauche02 1 Roue Z=55 ; m=0,9 ; Denture droite PA6/6- Nouvelle matiere

GF30 (module a redefinir)01 1 Carter reducteurRp Nb Designation Matiere Observations

NOMENCLATUREMOTO-REDUCTEUR


8/24

Doc 8124

SCHEMA TIMONERIE + PORTE BALAI + BALAI

M

TIMONERIE:1 Corps2 Manivelle3 Ace principal4 Biellette5 Bielle6 Biellette7 Axe secondaire

BALAI + PORTE BALAI :14151617

CorpsBras secondaireBras articuleBalai

B

A, G, H : points lies a 1A: Axe Moto reducteur


9/24

y tI

x

Doc 9/24

14 3

y t

. . xRotation Motoreducteur

5 D

Position 4

1Rotation du Porte Balai 14(Balai en position interrnedicire)3G

x yA 0 0B 0 - 2 8C 1 2 0 - 2 8D 1 8 0 - 2 8E 131,5 8F 168.5 8G 150 20

5 c D

Position 0TIMONERIE


10/24

Doc 10/24/

3l_ ___ 4-@

A-A

89

8-8 p i e c e s 2 ) 4 ) 5 e t 5 u n i q u e m e n t~\\SSS\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\p~rSS\\\\SS~

-----------

\

Reduction . Echelle V2 2 T IMONERIE


11/24

Doc 11/24

.//

E C H E L L E 1 :1TIMONERIEAxe principal Rep 3


12/24

Doc 12124

13 1 Joint torrique12 2 Rondelle11 2 Rondelle10 2 Bague09 2 Bague08 2 Anneau elastique07 1 Ax.e secondaire Lie au Porte balai06 Biellette C4505 1 Bielle C4504 1 Biellette C4503 1 Axe principal C45 Lie au Porte balai et aUIBiellettes 4 et 602 1 Manivelle C45 Liee au Motoreducteur et

ala Bielle 501 1 CarterRp Nb Designation Matiere Observations

NOMENCLATURETIMONERIE


13/24

Doc 13/24

ACTIONS SUR (4) AU POINT C DANS 30 POSITIONS

Une etude statique du mecanisme Timonerie a ete faite a l'aide d'un logiciel de mecanique. La documentation 9/24 montre deux schernas correspondants a deux positions de I'etude. Le couple moteur choisi est constant et applique a (2) en A : CM =20 N.m Le nombre de positions etudiees sur un tour est: 30 La vitesse appliquee a (2) est: N=20 tr/min Le couple resistant CR est lie a (3)

Effort dans la liaison ( 5~4) au point CResultats:

No Tem ps(s) Fxi(N) Fyi(N) Mzi(Nm) Norme(N) Ixi(deg)0 0 0 +O.OOOOe+OOO+4 .2 85 7e +0 0 2 +3.181 Ie+002 +O.OOOOe+OOO 5.3373e+002 +3.6585e+00 I0 0 I + 1 .0 0 0 0 e-0 0 I +3 .6088e+002 +3.2434e+002 +O.OOOOe+OOO 4 .8 52 I e+OO 2 + 4.1 94 7 e+OO I0 0 2 +2 .0 0 0 0 e-0 0 I +3 .0968e+002 +3.4238e+002 +O.OOOOe+OOO 4 .6 1 6 6 e +0 0 2 +4 .7872e+0010 03 +3. OOO Oe-OO +2 .7742e+002 +3.8063e+002 +O.OOOOe+OOO 4.7100e+002 +5 .3914e+0 0 I0 0 4 +4 .0 0 0 0 e-0 0 1 +2 .6872e+002 +4 .5692e+002 +O.OOOOe+OOO 5.3008e+002 +5.953ge+0010 0 5 +5.0 0 0 0 e-OO I +2.975Ie+OO2 +6 .156 3e+0 02 +O.OOO Oe+OOO 6.8375e+002 +6 .420 7e+0 0 I0 0 6 +6 .0 0 0 0 e-0 0 I +4 .2447e+002 +1 .0 192e+0 03 +O.OOO Oe+OOO 1.1040e+003 +6 .73 8ge+0 0 I0 0 7 + 7.0 0 00 e-0 0 1 + 1 .2 814 e+0 03 +3.2674e+003 +O.OOOOe+OOO 3.5097e+003 +6 .8587e+0 0 10 0 8 +8.0 0 0 0 e-OO 1 -I .088ge+003 - 2.6 1 90 e+ 0 0 3 +O.OOOOe+OOO 2.8363e+OO3 -1 .1258e+0020 0 9 +9.0 0 0 0 e-0 0 I -4 .4 89 I e+ 00 2 -9.1387e+002 +O.OOOOe+OOO 1 .0 I 8 2 e+OO3 -1 .1616e+0020 1 0 + 1 .0 0 0 0e+0 0 0 -3 .36 07e+0 0 2 -5 . 4 190 e+0 0 2 +O.OOOOe+OOO 6.3765e+002 -1 .2 18 1 e +0 0 20 1 1 + 1 .1 OOOe +OOO - 3.0 6 88 e+ 00 2 -3.8101e+OO2 +O.OOOOe+OOO 4.8923e+OO2 -1 .2885e+0020 12 + 1 .20 0 0e+0 0 0 -3 .10 68e+0 0 2 -2 .9411e+002 +O.OOOOe+OOO 4.278Ie+002 -1 .3657e+0020 13 + 1 .3 O OOe+OOO-3 .3 63 ge+ 00 2 -2 .4148e+002 +O.OOOOe+OOO 4.140ge+002 -I .4433e+0020 14 + 1 .40 00 e+0 00 -3 .8222e+OO2 -2 .0693e+OO2 +O.OOOOe+OOO 4.3464e+002 -1 .5 I 5 7 e+ 0 0 20 15 + 1 .50 00 e+0 0 0 -4 .4 922e+0 0 2 -1 .S321e+002 +O.OOOOe+OOO 4.8514e+OO2 -1 .5 78 1 e +OO20 16 + 1 .6 0 0 0 e+0 0 0 -5 .4 0 11 e+0 0 2 -1 .6843e+002 +O.OOOOe+OOO 5.6576e+002 -1 .6268e+0020 17 + 1 .70 00 e+0 00 -6 .6 I77e+0 02 -1 .6506e+002 +O.OOOOe+OOO 6.8205e+002 -1 .6600e+OO2OIS + 1 .80 00 e+0 00 -8.3190 e+0 02 -1 .7954e+002 +O.OOOOe+OOO 8 .5 I 0 6 e + 00 2 -1 .6782e+0020 19 +1 .90 00 e+0 00 -1 .0 938e+0 03 -2 .2463e+002 +O.OOOOe+OOO 1 .1 1 6 6 e+ 0 0 3 -1 .683ge+0020 20 +2 .0 0 00 e+0 0 0 -1 .5 6 5Se+0 0 3 -3 .3260e+002 +O.OOOOe+OOO 1 .6 0 08e+0 03 -1 .6 80 I e+ 00 20 21 +2 .10 00 e+0 0 0 -2 .7128e+0 0 3 -6 .2908e+002 +O.OOOOe+OOO 2.7848e+003 -1 .6694e+0020 22 +2 .2 0 0 0 e+0 0 0 -1 .0 0 38e+0 0 4 -2 .606ge+003 +O.OOOOe+OOO 1.0371e+004 -1 .6544e+0020 23 +2 .30 0 0 e+0 00 +5 .826 5e+0 03 + I. 7 0 6 2e +0 0 3 +O.OOOOe+OOO 6.0712e+003 + 1 .6 322e+0 0 I0 24 +2 .40 0 0 e+0 00 +2 .236 8e+0 03 + 7.3 74 1e +0 0 2 +O.OOOOe+OOO 2.3552e+003 + 1 .824 6 e+0 0 I0 25 +2 .50 0 0 e+0 0 0 + 1 .374ge+0 0 3 +5.0894e+002 +O.OOOOe+OOO 1 .4 6 6 0 e+0 03 +2 .0313e+0010 26 +2 .6 0 0 0 e+0 0 0 +9.8731 e+0 02 +4 .1067e+OO2 +O.OOOOe+OOO l.0693e+003 +2 .2 585e+0 0 I0 27 +2 .70 0 0 e+0 0 0 +7.6 577e+0 0 2 +3 . 6 0 0 5e+0 0 2 +O.OOOOe+OOO 8.461ge+002 +2 .5182e+0 0 10 28 +2 . 80 0 0 e+0 0 0 +6 .1977 e+0 0 2 +3.3327e+002 +O.OOOOe+OOO 7.036ge+002 +2 .8268e+0010 29 +2 .90 00 e+0 00 +5.1285e+OO2 +3.207Se+002 +O.OOOOe+OOO 6.048ge+002 +3.2023e+OOI0 30 +3.0 0 0 0e+0 0 0 +4 .2857e+0 0 2 +3.181 Ie+002 +O.OOOOe+OOO 5.3373e+002 +3.6585e+001


14/24

Doc 14/24

I I PROBLEMATIQU E I I

Dans Ie cadre de la sortie d'une nouvelle version d'un vehicule, un constructeur parl'intermediaire de son groupe Recherche et Developpement, etudie la posslbillte, d'implanter surce modele un mecanisme d'essuie glace qui equipe deja d'autres vehicules de la meme gam me.

Dans Ie but d'optimiser la surface de balayage, on se propose dans un premier temps, d 'etudierla cinernatique de I'ensemble balai + porte balai , puis de tracer la surface du pare brisebalayee par l'essuie glace. Ce resultat servira de base a I'etude des solutions technologiquespermettant I'optimisation souhaitee.

La vitesse de pointe du nouveau vehicule, auquel est destine I'essuie glace, est superieure a celiedu modele precedent. Des deformations plus importantes sont it prevoir dans les piecesconstituant la timonerie. Elles risquent de faire varier la surface balayee, et de creer undysfonctionnement par Ie chevauchement du balai sur Ie joint de pare brise. En prenant lacondition la plus defavorable donnee par Ie cahier des charges, il s'agit de calculer I'allongementde la bielle ( 4 ), cela permettra de determiner la deformation totale et la variation de I'angle debalayage. Ces resultats seront analyses puis interpretes au sein du bureau d'etudes.

Le cahier des charges du nouvel essuie glace fait apparaitre la necessite d'une diminution duprix de revient. Une analyse des couts de I'ancien modele a mis en evidence Ie prix eleve, auniveau de I'ensemble moto reducteur, de la matiere constituant les roues dentees ( alliage decuivre ). Une nouvelle matiere ( PA6/6-GF30 ) etant choisie et iIs'agit de calculer les nouveauxmodules de roue afin de dimensionner Ie nouvel ensemble.


15/24

DOSSIER TRAVAILDEMANDE

car11C1'... ,~

Doc 15/24


16/24

Doc 16/24

Bareme

IMECANISME: BALAI et PORTE BALAI

CINEMATIQUE 6 points

IMECANISME: TIMONERIE

STATIQUE 15 points

RDM 7 points

IMECANISME : MOTO REDUCTEUR

CALCULS D'ENGRENAGES: Cinematigue, Energetigue 7 points

CALCULS D'ENGRENAGES : RDM 5 points

I TOTAL 40 points I


17/24

Doc 17/24

MECJ41VISME.:BALAI et PORTE BALAIICINEMATIQl.J i j Etude du mecanisme afin de determiner la surface balayee du pare brise

Voir documents: 4/24, 8/24, 14/24, 18/24Donnees en liaisons avec Ie document 18/24 : Fonctionnement: L'energie mecanique du moteur se transmet successivement de (3) a (14) puis aubalai (17). L'axe secondaire (7) et Ie bras (15) ne servent qu'a guider l'extremite de (16). On considere que les positions 1 et 3 sont les positions extremes du mecanisme. Soit a. l' angle de GJ(piece 14), par rapport a I'axe horizontal, dans ces trois positions:

Dans la position 3 : a. = 48Dans la position 2 (intermediaire) : a. = 96Dans la position 1 : a. = 156

La piece (14) a un mouvement de rotation par rapport a (1), de centre G. La piece (15) a un mouvement de rotation par rapport a (1), de centre H. L' ensemble S = {16, 17} a un mouvement plan par rapport a (1). Dans la position 1 : le Clk del'ensemble S est H (H = Intersection de JG et IH ). On donne: HM = 0,880 m et C D 511= 7 rad/s pour cetteposition. Soit M et Lies deux points des extremites du balai (17). Les directions des vitesses instantanees~ ~ ~VMI7/ le t VL17/ I sont tracees pour les positions 2 et 3. Pour la position I : VL17/ I est donnee entierement.Travail demande :C i F " Question 1: Calculer l'angle de balayage de la piece (14) (angle parcouru par GJ).

~C i F " Question 2: Pour la position I : Calculer I VM17/11. ( HM = 0,880 m et C D 5/1 = 7 rad/s pour cetteposition)

~C i F " Question 3 : Tracer sur Ie document 18 /24 : Ie rayon HM puis la vitesse instantanee VM17/1, pour laposition 1 .( Echelle : 5 mm~ 1 mls ).r:r Question 4 : Tracer. a main levee, les trajectoires T M17/ I et T L17 1 sur Ie document 18/24 en utilisantles trois positions donnees. Puis hachurer la surface du parebrise balayee par Ie balai (17).


18/24

Iposition 3 1

,,,\\ \ .\ \\\ ,

\ \\ \\ \\ \\ \\ II

I I,/

M1 7 Balai16 Bras articu Ie15 Bras secondaire14 Bras principal7 Axe secondaire3 Axe principal

M V M 1 7 / 1M

- - _- -- _ _ _ _- - _ _ _ _ . . . .- . . . . . . . . - - - - - - - ---------


19/24

MECANISME: TIMONElUE

Doc19124

(4). Voir documents 8/24, 9/24,10/24,11124, 12/24, 14/24,21124.lSTATIQUEI Etude du mecanisme dans fa position 0 du document 9/24 afin de determiner les actions sur

Donnees: Supposons les lois de la statique applicables (cas des mouvements it vitesse constante). L'etude se fera dans Ie plan xy. Toutes les liaisons sont parfaites et les frottements negliges. Le poids des pieces est neglige. CM=20 N.m. CM etant applique en A.

Travail demande : (Ies six questions suivantes sont relatives it la position 0 du document 9/24).C7 Question 1 : La biellette (6) etant isolee, determiner les directions des actions exterieures :

a) Completer le tableau bilan des actions exterieures sur 6.Actions Liaisons Torseurs

mecaniques5~6 enD Pivot TH6~ ~Dcr

b) Donner les conditions d'equilibre:

c) Tracer sur Ie document 21124, fig. I. les directions des actions exterieures sur cette biellette.

C7 Question 2 : La biellette (4) etant isolee, determiner les directions des actions exterieures :

a) Completer Ie tableau bilan des actions exterieures sur (4).Actions Liaisons Torseurs

mecaniques

b) Donner les conditions d'equilibre:

c) Tracer sur le document 21124, fig. 2. les directions des actions exterieures sur cette biellette.


20/24

MEC.A.1VISME: TIMONERIE: Suite de LaSTATIQUE

Doc 20 /24

r:r Question 3 : La bielle (5) etant isolee , determiner les directions des actions exterieures :

a) Completer le tableau bilan des actions exterieures sur (5)Actions Liaisons Torseurs

mecaniques

b) Ecrire les conditions d' equilibre (envue d'une resolution graphique) :

c) Tracer sur le document 21124 , fig 3 : les directions des actions exterieures sur cette bielle. Donner la~valeur de I' angle a de la direction de B2/5.~r:r Question 4 : La manivelle (2) etant isolee, determiner B 5/2 .

Donnee : Bilan des actions exterieures exercees sur (2) :

{X B O }T 5 . . . .2 = Y B O

B O OOn prendra a = 8,440 d'ou tan 8,440 = YB / XB

a) Appliquer Ie theoreme du moment resultant au point A( coordonnees donnees document 9/24) et calculer II s; II :

~b) Tracer sur le schema ci-dessous BS/2( Echelle : I mm-+ 20 N )

t yIA iI

__,.direction de 85 2

r:r Question 5 : La bielle (5) etant isolee : Determiner graphiquement sur la fig 4 du doc 21124 les actions- . . . . , . ~ - . . . . , .C4/S et 06 /5 On prendra II B5/2 11 = 720 N. ( Echelle : 1 mm-+ ION ).r:r Question 6 : La biellette (4) etant isolee : Determiner sur le doc 21124, fig 5 , l'action en C de (5) sur-~(4) ( C S/4 ), en deduire la nature de la sollicitation subie par cette biellette.


21/24

doc 21/24

Fig 2:4 isoleeF E Fig 1:6 isolee

MECAN ISME TIMON ERIE

c D

Fig 35 isolee

BO--------------~O~----~OC D

Fig 4dynamique

Resultats :

I l c 4 / 5 1 1 -I I D 6 / 5 1 1 -

Fig 5:4 isolee F

cResultats :

Tracer C5/4 I l c 5 / 4 1 1 =Nature de la sollicitation :


22/24

Doc 22124

MECANISME: TIMONERIE

I R D M I Etude de la contrainte et de I'allongement de la biellette (4) sous un effort maximum.Voir documents 9/2 4, 1 3/2 4 et 14/24

Hvpotheses pour les calculs de RDM :~~ La biellette (4), les actions C5/4 et F3/4, seront schematisees comme ci-des sous

I

---+C 5/4 ~--------------------------~~~~~------~~~ F3/4~ ~ ~ : 1 C 5/411 = I I F3/4 I I (On prendra comme valeur pour I I F3/4 I I Ie resultat de la premiere question

du travail demande), La section de (4) est rectangulaire . Ses dimensions sont 14 x 4 mm. La longueur de (4) est : 60 mm . Matiere C45 et Re = 375 MPa. Coefficient de securite = 2 E = 200000 MPa

Travail demande :C7'Ouestion 1: Rechercher sur Ie doc. 14/24 la position pour laquelle la biellette (4) subit un effortmaximum. Pour cette position, donner la norme de l'effort subi (en Newton) et lanature de lacontrainte.

C7'Ouestion 2 : Calculer la contrainte de traction dans une section de (4). On prendra comme norme del'effort normalla valeur trouvee a la question precedente,

C7'Ouestion 3 : Verifier la condition de resistance.

C7'Ouestion 4: Calculer l'allongement de (4) pour la longueur de 60 mm.


23/24

Doc 23/24

Vitesse du moteur N, =1000 tr/min Rendement du reducteur 11=0,7 Puissance absorbee par Ie reducteur Pa =57 W

MECANISME: MOTOREDUCTEURICALCULS D'ENGRENAGES I Cinematique,Energetique : Etude des caracteristiques : Puissance,Couple, Vitesse de rotation it la sortie du reducteur.Voir documents 4/24. 5/24, 6/24, 7/24 et 14/24.Donnees:

Travail demande :C7 Question 1 : Cal euler la raison du reducteur (voir les caracteristiques des roues dentees doc 7/24).

r:r Question 2 : Calculer la vitesse N2 (en tr/min) et 0)2 (en rad/s) it la sortie du reducteur.

C7 Question 3 : Calculer la puissance utile Pu it la sortie du reducteur,

MoteurPe = Ce.to , = 57 W = Pa Ps =Cs . 0)2 =Pu

r:r Question 4 : Calculer Ie couple Cs a la sortie du reducteur,

Nota: Pour fa suite de l 'epreuve Cs sera appele CM.


24/24

Doc 24124

re.ALCULS.Q~EN(;j~NAQES I RDM : Etude de la roue (2) afin de determiner son module.Donnees: Couple a la sortie du reducteur CM = 20 Nm. Pour la matiere PA6/6-GF30 on prendra Rpe = 110 MPa. On donne la fonnule a utiliser pour calculer le module(avec K=lO).

m = 2, 34 -IFtl lK.Rpe Dans ce mecanisme l'action est transmise sur la roue (2) pardeux pignons afin de repartir les efforts. > \ On donne ci-contre le schema indiquant les actions~tangentielles Fr , identiques, des pignons (3) et (4) sur laroue 2.Travail dernande :

--4

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