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8 4 المعامل : مدة اإنجاز : علوم المهندس شعبة العلوم والتكنولوجيات : مسلك العلوم

8 4 المعامل : مدة اإنجاز : علوم المهندس شعبة العلوم والتكنولوجيات : مسلك العلوم و التكنولوجيات الميكانيكية المــــ ــــ ـــادة : الشعـــــب (ة) أϭ المسϠك : NS45 الصفحة 1 14 Constitution de l’épreuve Volet 1 : présentation de l’épreuve : page 1/14 Volet 2 : présentation du support : page 2/14 Volet 3 : substrat du sujet : page 3/14  situation d’évaluation 1 : pages 3/14 et 4/14  situation d’évaluation 2 : pages 4/14 et 5/14  situation d’évaluation 3 : page 5/14  documents réponses : pages 6/14 à 10/14 (à rendre par le candidat) Volet 4 : documents ressources : pages 11/14 à 14/14 Volet 1 : Présentation de l’épreuve  Système à étudier : Banc d’essai pour garnitures de frein et d’embrayage ;  Durée de l’épreuve : 4 heures ;  Coefficient : 8 ;  Moyen de calcul autorisé : Calculatrice non programmable ;  Documents autorisés : aucun ;  Les candidats rédigeront les réponses sur les documents réponses prévus à cet effet. GRILLE D’EVALUATION SITUATION D’EVALUATION 1 SITUATION D’EVALUATION 2 SITUATION D’EVALUATION 3 TACHE1 TACHE1 TACHE1 a 2 pts a 2 pts a 2 pts b 2 pts b 0,5 pt b 2 pts c 1,5 pt c 2 pts d 3 pts TACHE2 TACHE2 TACHE2 a 2 pts a 1,5 pt a 3,5 pts b 1 pt b 0,5 pt b 4 pts c 4 pts c 2 pts d 1 pt e 2 pts f 1 pt g 2 pts h 2 pts TACHE3 TACHE3 a 2,5 pts a 1 pt b 3 pts b 3 pts c 2 pts c 3 pts d 2 pts TOTAL 1 28 /60 TOTAL 2 4,5/60 TOTAL 3 27,5/60 NOTE GLOBALE 60 / 60 اامتحاϥ الوطني الϤوحد للΒكالوريا- Γالدور العادية 2010 – المϮضϮع- Γماد : عϠϮϡ المϬندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات : مسلك العلوم والتكنولوجيات الميكانيكية NS45 الصفحة 2 14 Volet 2 : Présentation du support : Dans le domaine routier, les véhicules actuels sont équipés de dispositifs de freinage et d’embrayage qui doivent être fiables et performants dans toutes les conditions d’utilisation. Les performances de ces dispositifs doivent être continuellement améliorées. Afin d’étudier les matériaux constituant les surfaces de contact, en particulier les garnitures, il a été nécessaire, pour les fabricants des garnitures, de se doter d’un dispositif expérimental capable de simuler le comportement en exploitation (performances, usure...). Ce dispositif appelé Banc d’essai pour garnitures de frein et d’embrayage (voir schéma ci-dessous) fera l’objet de cette étude. Le banc d’essai permet de mesurer le coefficient de frottement «f» entre les garnitures et les éléments en contact. Ce coefficient «f» est fondamental dans la détermination du couple de l’embrayage ou du frein. Principe de fonctionnement du banc d’essai : Le moteur électrique 16 entraîne, par l’intermédiaire de l’accouplement 15, l’arbre inférieur sur lequel sont encastrés deux pignons à denture droite 1 et 3 (voir schéma ci-dessus) qui engrènent respectivement avec deux roues 2 et 4 liées aux arbres supérieurs. Les engrenages (1,2) et (3,4) sont choisis de telle sorte que les vitesses de rotation des deux plateaux 11 et 12 soient différentes l’une de l’autre pour avoir le frottement nécessaire entre garniture et plateaux. Un vérin hydraulique 8, dont la tige est liée à la poupée mobile 10, développe l’effort axial variable N (appelé effort presseur normal aux surfaces de frottement). Lors de l’essai, la poupée mobile 10 doit translater par rapport au bâti 6. L’accouplement 15 (limiteur de couple) permet de désaccoupler le moteur du reste du système lorsque l’effort presseur crée une immobilisation entre les plateaux. Juste avant cet état, on relève la valeur de la pression atteinte permettant de déterminer la valeur maximale de l’effort presseur et par la suite la détermination du coefficient de frottement «f». NB. : Les éléments suivants ne sont pas représentés : - La mise et le maintien en position des garnitures. - Les pièces de sécurité telles que : cache-tôles, soufflets…etc. Poupée fixe 13 (Engrenage (1,2)) Arbre supérieur Vérin 8 Poupée mobile 10 (Engrenage (3,4)) Moteur 16 Plateau 11 Accouplement 15 Plateau 12 Bâti 6 Arbre inférieur GARNITURE A ESSAYER 14 Distributeur 3/2 monostable Source de pression 9 2 1 3 4 Information de commande de l’électrovanne اامتحاϥ الوطني الϤوحد للΒكالوريا- Γالدور العادية 2010 – المϮضϮع- Γماد : عϠϮϡ المϬندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات : مسلك العلوم والتكنولوجيات الميكانيكية NS45 الصفحة 3 14 Volet 3 : substrat du sujet Dans le but d’améliorer les performances de ce banc d’essai et de garantir son bon fonctionnement dans le temps, en particulier la détermination du coefficient de frottement de nouveaux matériaux de garniture (exemple : les matériaux composites qui sont un mélange de carbone, de souffre, de fibres d’amiante et de particules de métal), le bureau d’étude de l’entreprise qui fabrique et commercialise celui-ci a effectué une enquête qui a mené aux décisions suivantes : - Vérifier quelques constituants du banc d’essai vis-à-vis de ces nouvelles performances; - Etudier, en partie, l’automatisation de l’essai ; - Revoir la conception des plateaux 11 et 12 pour leur permettre plus de dissipation de chaleur lors des essais des garnitures. SITUATION D’EVALUATION 1 : L’apparition de nouveaux matériaux de garnitures, dont le coefficient de frottement «f» atteint la valeur 0,5, nécessite la vérification des performances du banc d’essai actuel au niveau du vérin vu que le moteur électrique est protégé par un limiteur de couple. Vous faites partie de l’équipe chargée d’effectuer ce travail, pour cela on vous demande d’effectuer les tâches suivantes : TACHE N° 1 : Avant la vérification des performances du banc d’essai actuel au niveau du vérin, il faut appréhender son fonctionnement. En se référant à la figure de la page 2 et aux documents ressources pages 11 et 12, répondre sur le document réponses page 6 aux questions suivantes : a. Remplir le diagramme « bête à cornes » relatif au banc d’essai des garnitures ; b. Compléter la chaîne cinématique du système étudié ; c. Compléter le schéma cinématique relatif à la vue en coupe A-A en réalisant les liaisons L1, L2 et L3. TACHE N° 2 : La vérification de la performance du banc d’essai actuel au niveau du vérin revient à vérifier si celui-ci est capable de fournir l’effort presseur nécessaire pour obtenir un couple (au niveau plateaux/garniture) résultant d’un coefficient de frottement atteignant la valeur maximale de f=0,5. En se référant à la figure de la page 2 ainsi que le document ressources page 12 et sur le document réponses page 7, on vous demande de : a. Donner l’expression de la puissance dissipée Pd (puissance de sortie au niveau plateaux/garniture) en fonction de la puissance du moteur Pm et du rendement de la transmission par engrenages =0,98 ; (le rendement du limiteur de couple est supposé égal à 1). b. Déduire l’expression du couple de frottement Cf en fonction de la puissance du moteur Pm, du rendement  et des vitesses de rotation des plateaux 11 et 12 notées respectivement 11 et 12, sachant que Pd=Cf x (12 - 11) ; c. Déterminer les vitesses 11 et 12 (en rad/s), sachant que Z1=26 dents, Z2=42 dents, Z3=20 dents et Z4=48 dents ; d. Calculer la valeur numérique du couple de frottement Cf en N.m ; e. Donner l’expression littérale de l’effort presseur N appliqué par le vérin en fonction du couple de frottement Cf, du coefficient de frottement f et des rayons extérieur Rext et intérieur Rint de la garniture sachant que le nombre des surfaces de contact n=1; اامتحاϥ الوطني الϤوحد للΒكالوريا- Γالدور العادية 2010 – المϮضϮع- Γماد : عϠϮϡ المϬندس - شعبة العلوم والتكنولوجيات : مسلك العلوم والتكنولوجيات الميكانيكية NS45 الصفحة 4 14 f. Déduire la valeur numérique de l’effort presseur N ; g. Déterminer l’effort maximal Fmax que peut développer le vérin sachant que : - la pression d’alimentation du vérin est p = 8 bars ; - le diamètre du piston du vérin est dv = 63 mm ; - la réaction du ressort de rappel du vérin est négligeable devant la pression d’alimentation. h. Conclure sur la validation du choix du vérin. Justifiez votre réponse. TACHE N° 3 : Pour que le banc d’essai puisse déterminer des coefficients de frottement de garniture de l’ordre de f=0,5, une étude mécanique a montré que l’arbre inférieur actuel doit transmettre, par l’intermédiaire des engrenages à denture droite, un couple C=14,60 N.m. En faisant l’hypothèse que cet arbre est assimilé à une poutre cylindrique pleine de diamètre d, soumise à la torsion et constituée d’un matériau dont la résistance élastique au glissement est telle que Reg=60 N/mm2. Sur le document réponses page 8, on vous demande de : a. Ecrire la condition de résistance de l’arbre à la torsion en fonction de C, d, Reg et s ; (s:coefficient de sécurité) ; b. Déduire et calculer le diamètre minimal d de l’arbre (en mm) en prenant s = 3 ; c. L’arbre inférieur du banc d’essai actuel est assimilé à une poutre de section constante de uploads/s1/ examens-national-2bac-stm-sci-ingen-2010-n-pdf.pdf