MOTEUR A VAPEUR DE MODELE REDUIT

Présentation

Le dessin d'ensemble représente un moteur à vapeur, utilisé en modélisme pour faire fonctionner de petits mécanismes. Ce moteur est dit « à cylindre oscillant ». Le déplacement du piston 11 dans le cylindre 2 permet, par l’intermédiaire du système bielle-manivelle, d’obtenir la rotation de l’axe de sortie 8 par rapport à la semelle 1. La rotation du cylindre 2 par rapport à la semelle 1 permet de sélectionner, l’un après l’autre, les orifices d’entrée et de sortie de la vapeur pratiqués dans la semelle 1.

Remarques :

La photo ci-dessous montre un exemple d'utilisation de deux moteurs à cylindre oscillant (en bronze) sur une locomotive à vapeur miniature.

Travail demandé

Activité 1 : Etude technologique

Répondre par une phrase, en vous aidant éventuellement de schémas, aux questions suivantes.

  1. Indiquer, sur le dessin d’ensemble, les orifices d’entrée et de sortie de la vapeur, sachant que l’axe de sortie 8 tourne dans le sens trigonométrique quand on regarde la vue de dessus.
  2. Mesurer le diamètre du piston.
  3. Mesurer la course du piston.
  4. En déduire la cylindrée du moteur.
  5. Compléter la nomenclature (pièces 4 et 7).
  6. Expliquer les désignations des quatre matériaux utilisés pour la fabrication des pièces.

Activité 2 : Dessin de définition du cylindre 2

Réaliser le dessin de définition non coté du cylindre 2 dans les vues :

Conditions :

Activité 3 : Schéma cinématique minimal

  1. Identifier les groupes de pièces cinématiquement liés (ou classes d'équivalence).
    A = { 1;
    B = { 2;
    C = { 8;
    D = {
    Pour simplifier, on considérera le ressort 5 solidaire de la semelle 1.
  2. Indiquer les liaisons entre les différentes classes d'équivalence (graphe des liaisons).
  3. Réaliser les schémas cinématiques en vue plane et en perspective de ce moteur à vapeur de modèle réduit, en utilisant une couleur différente pour chaque classe d'équivalence.

Activité 4 : Modélisation volumique

Récupérer les modèles volumiques des principales pièces de ce moteur pour ensuite les assembler. Les pièces manquantes (ressort, rondelles...) peuvent éventuellement être modélisées puis rajoutées à l'assemblage.

Activité 5 : Dessin en perspective cavalière du cylindre oscillant 2

Réaliser le dessin en perspective cavalière du cylindre oscillant 2 :

Activité 6 : Calcul du couple moteur

1ère partie : Force exercée par la vapeur sur le piston

Calculer la force exercée par la vapeur sur le piston 11, sachant que la pression de celle-ci est de 5 bars. On mesurera le diamètre du piston sur le dessin d'ensemble.

2ème partie : Couple instantané

Pour la suite de l'étude, on prendra 4 daN pour la force exercée par la vapeur sous pression sur le piston.

On suppose que le moteur tourne dans le sens trigonométrique. Un schéma cinématique correspondant à la vue de dessus du dessin d’ensemble est proposé ci-dessous.

On notera que :

Lorsque le point B est au dessus de la droite (OA), la force F exercée par la vapeur sous pression sur le piston est constante et a pour norme 4 daN. Lorsque le point B est en dessous de la droite (OA), la vapeur n’exerce aucune force sur le piston. Cette force est donc nulle, les frottements étant négligés. Compléter le tableau :

α  (°) 20°40°60°80°100°120°140°160°
OH  (mm)          
MO F   (daN.mm)          

Pour compléter ce tableau :

  1. Dessiner à l'échelle 3:1 (ou une échelle plus grande pour obtenir des valeurs plus précises) les points O, A et B pour les diverses valeurs de α. On pourra dessiner les diverses positions du point B sur le même dessin.
  2. H étant la projection orthogonale du point O sur la droite (AB), mesurer, pour chaque valeur de α, la distance OH (attention à prendre en compte l'échelle du dessin).
  3. Calculer, pour chaque valeur de α, le moment par rapport au point O de la force F.

3ème partie : Couple moteur

Tracer la courbe donnant MO F en fonction de α, pour α compris entre 0° et 360°.

Calculer la valeur moyenne de ce moment pour un tour complet du moteur. Compte tenu du volant d'inertie 10, cette valeur moyenne correspond au couple moteur.

Activité 7 : Dessin de définition de la semelle 1

Réaliser le dessin de définition non coté de la semelle 1 :