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TP S.I.I. Cycle 6 : Etude du comportement

statique des systèmes mécaniques

Lycée Ferdinand

Buisson

Cinématique PTSI

Cycle 6 :

Etude du comportement statique des systèmes

Résolution d’un problème de statique graphique

Compétences : B2, C

Ilot: 04 – Winch

Activités Contenu Compétences

1 Modélisation cinématique – loi ES réducteur B2

2 Etude du modèle de comportement C

3 Etude du modèle de connaissance C

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Etude statique des systèmes mécaniques

Objectifs à atteindre Résolution d’un problème de statique avec frottement

Volume horaire du module en présentiel

2h30

Compétences professionnelles visées

Etre capable :

de comprendre modéliser un système mécanique

de mesurer sur le système des efforts et moments

d’étudier le modèle de connaissance (avec frottements)

analyser les écarts

Bases théoriques Cours statique des systèmes mécaniques

Activités pédagogiques TP

Systèmes mis en œuvre Winch

Logiciels utilisés Solidworks

Le thème de ce module repose sur le système Winch

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Présentation du Winch

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04 – Winch Activité Contenu

1 Modélisation cinématique – Loi E/S

Acteur Modélisateur

Cinématique du réducteur

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04 – Winch Activité Contenu

2 Etude du modèle de comportement

Acteur Expérimentateur

1. Fonctionnement et manipulations

Installez le winch et un support de poulie sur un établi de la façon suivante en utilisant le nœud préconisé :

Enroulez la corde de 3 tours sur le winch. Manœuvrez la manivelle en tenant le bout libre sans tension

puis avec une petite tension. Inversez ensuite le sens de la manivelle. Effectuez la même manœuvre avec

un seul tour d’enroulement de la corde.

Décrivez alors en quelques lignes le mode d’utilisation du winch pour tendre les cordages.

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2. Influence du nombre de tours de corde sur le winch

Manipulations et mesures

Vous pouvez constater lors de vos manipulations que l’effort à exercer sur le brin mou est différent selon

le nombre de tours de corde autour du tambour du winch. Nous allons déterminer expérimentalement cet

effort à exercer par l’utilisateur.

Installez le second support de poulie ainsi que le support des masses d’équilibrage selon le schéma ci-

dessous :

Assurez-vous que les poulies sont bien dans l’axe de la corde (la corde ne doit pas frotter les bords des

supports de poulies).

Pour différents nombres de tours d’enroulements, chargez le support avec des masses de façon à

équilibrer le contre-poids de 25kg. La manipulation étant peu précise, vous effectuerez 2 mesures à chaque

fois.

Complétez alors le tableau suivant donnant la tension t dans le brin mou qui dépend de la masse

déposée sur le plateau d’équilibrage :

Nombre de tours de

corde

t (en N)

1er

essai

t (en N)

2ème

essai

t (en N)

moyenne

1 tour

2 tours

3 tours

Remarque : les poulies libres en rotation modifient la direction de la corde sans changer sa tension. La

tension à laquelle la corde est soumise reste donc la même de part et d’autre de la poulie.

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3. Moments des forces appliquées au tambour

Laissez le contre-poids de 25kg en équilibre sous l’action des masses sur le support avec 3 tours de

corde. Exercez alors avec un dynamomètre une force F en bout de manivelle de façon à faire monter

légèrement la charge. La direction de cette force devra être horizontale et perpendiculaire à la manivelle,

comme sur la figure suivante :

C

L

r t

T

F

Calculez alors en valeur algébrique (c’est à dire avec le signe négatif ou positif) le moment autour de

l’axe (C,z) de chacune des 3 forces exercées : TM Z , tM Z et FM Z . Vous détaillerez vos calculs.

Effectuez la somme algébrique des moments précédents : FMtMTMM ZZZZ

Reproduisez la même manipulation en ajoutant 2Kg puis 4Kg sur le support des masses. Relevez les

nouvelles valeurs de F.

Effectuez alors les mêmes calculs que précédemment pour remplir le tableau suivant :

Masses

d’équilibrage TM Z tM Z FM Z ZM

équilibre

équilibre + 2Kg

équilibre + 4Kg

Que pouvez-vous en déduire quant à la somme des moments autour de Z appliqués sur le tambour du

winch ?

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04 – Winch Activité Contenu

2 Etude du modèle de connaissance

Acteur Pilote de projet

4. Etude Statique du réducteur

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5. Etude du frottement dans les brins

Voici la méthode permettant de calculer la valeur minimum de la tension t dans le brin mou pour ne pas

qu’il y ait glissement de la corde sur le tambour :

En isolant un brin de courroie élémentaire à la limite du glissement, et en appliquant le théorème de la

résultante statique en projection sur u et v à l’élément, démontrer la formule exposée ci-dessus.

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Pour une tension T dans le brin tendu de 250N, calculer les différentes valeurs (fonction de l’angle

d’enroulement) de tension théorique t du brin mou permettant l’adhérence de la corde sur le tambour. On

prendra f=0,2 comme coefficient de frottement entre la corde et le tambour.

Nombre de tours de

corde (en rad) T (en N) t (en N)

1 tour

2 tours

3 tours

Comparez les valeurs théoriques avec celles déterminées expérimentalement.

Combien de tour le marin doit-il faire autour du winch avec l’écoute pour que les spécifications du

CDC soient réalisées ?

Conclure.