Activité N°4

NOM :
CLASSE :
GROUPE:
Activités :
Etablir les liens entre structure et fonction
Notions :
Relation entrée / sortie d’un système de transmission
Matériels et dossiers: Base de données TpWorks guitare et Analyse fonctionnelle, guitare
gibson Dusk Tiger, maquettes numériques et impressions 3D de la mécanique Robot de
Gibson et du dispositif didactisé d’engrenages
.
Etude de la transmission de l’énergie à la corde de la guitare
Préambule :
En manipulant la guitare Gibson Dusk Tiger, dire s’il est possible de régler la tension
des cordes manuellement (cochez la bonne réponse) :
Réglage manuel possible ? :
OUI
NON
Si la réponse est oui, dessinez à main levée le constituant permettant ce réglage :
(Ne dessiner que le constituant visible sur la guitare et que l’on touche avec les doigts pour effectuer
ce réglage)
Dessin à main levée du constituant
Dans ce cas d’utilisation, l’énergie musculaire du guitariste engendre une
énergie mécanique qui est transmise au tourillon par le biais d’un dispositif
entièrement mécanique
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 1/7
On remarque donc qu’il y a deux possibilités pour effectuer ce réglage : soit
manuellement (pas recommandé mais nécessaire) soit de manière automatique.
1) Etude des éléments de transmission :
A l’aide du logiciel de DAO « Solidworks » :
- Ouvrir le fichier assemblage « mécaniquecomplète.sldasm »
Commandes permettant d’exploiter le logiciel Solidworks
Remarques :
 Si vous voulez cacher une pièce
ou un groupe de pièces dans le
logiciel, il suffit de :
- Cliquer bouton droit sur la pièce
à cacher
- Sélectionner ensuite « cacher »
Pour remontrer la pièce, cliquer
bouton droit sur la pièce cachée dans
l’arbre de construction et sélectionner
« montrer »
 Il est possible de déplacer ou
faire tourner certaines pièces en
cliquant bouton gauche dessus
et, tout en gardant le bouton de
la souris appuyée, déplacer la
souris dans le sens désiré.
Arbre de construction
fenêtre dans laquelle se trouve l’assemblage
Nous avons vu, ci-dessus et lors de l’activité 3 qu’il y a deux moyens pour
faire tourner le tourillon et donc régler la tension des cordes. Il y a donc deux entrées
dans notre système de transmission. Repérer précisément ci-dessous par deux
flèches ces deux entrées :
Arbre du moteur
?
?
Arbre de la clé
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 2/7
2) Construction du système de transmission de la mécanique
Robot
On vous donne les sorties imprimantes 3D de toutes les pièces composant la
mécanique Robot de GIBSON. Ces sorties imprimantes ont été faites à l’échelle 3
(vous avez donc à disposition la réplique exacte mais grossie 3 fois de la mécanique
Robot originale)
On vous demande de reconstruire physiquement l’ensemble en vous aidant
de la maquette virtuelle de la mécanique sous Solidworks. Vérifier le bon
fonctionnement en tournant manuellement (et délicatement sans forcer!) la clé de la
mécanique.
a) Une fois l’ensemble monté, compter approximativement le nombre de tours
nécessaires à la clé pour obtenir la rotation d’un tour complet du tourillon.
Résultat de la manipulation :
Nombre de tours de la clé :……………………………………………………..
On a donc approximativement un rapport de réduction de : ……………….
b) On vous demande maintenant de tourner manuellement l’axe du moteur
(cet axe a été modifié par rapport à l’original pour pouvoir faire la
manipulation) et d’essayer de compter le nombre de tours nécessaires
pour obtenir la rotation d’un tour complet du tourillon.
NB : Vous pouvez faire cette manipulation en deux temps : tourner et compter le nombre de tours de
l’axe du moteur jusqu’à obtenir un quart de tour de la clé, multiplier par quatre et ensuite, connaissant
le rapport de réduction du a), vous pouvez en déduire le nombre de tours total à faire pour obtenir un
tour complet du tourillon
Résultat de la manipulation :
Voir la page suivante
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 3/7
Nombre de tours approximatif de l’axe moteur : ………………. .
Détail de votre recherche (calculs) :
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………..
A votre avis, ce résultat est-il précis ?
……………………………………………………………………………………………….
3) Etude des constituants permettant la transmission de
l’énergie :
On vous donne la sortie imprimante 3D de la maquette didactisée suivante :
En démontant la mécanique, Récupérer trois roues dentées identiques pour
pouvoir les utiliser sur la maquette ci-dessus.
Compter le nombre de dents de la petite roue et celui de la grande roue :
Nombre de dents Z1 = ………………………
Nombre de dents Z2 = ………………………
a) Manipulation avec deux roues dentées (soit un train d’engrenages) :
Mettre délicatement deux roues dentées sur la maquette comme ci-dessous et noircir
une dent de chacune des deux grandes roues qui se trouve en vis-à-vis des deux
index
L’entrée se trouvera au niveau de
Index 2
Z4
Z3
Z2
Z1
Index 1
Z4
44
Z1
l’index 1, l’engrènement se fait entre
Z1 et Z4 : On vous demande de
tourner et de compter le nombre de
tours nécessaires à la première roue
Z1 pour que la roue Z4 fasse un tour
complet (La sortie se trouve au niveau
de l’index 2)
Remarque :
Puisque l’on tourne la roue Z1, on dira
qu’elle est menante .La deuxième roue
Z4 étant entrainée par la précédente,
on dira quelle est menée.
Réponses : (voir page suivante)
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 4/7
Nombre de tours approximatif de la roue Z1 pour un tour de la roue Z4 :
………………………………………………………………………………………………….
La roue menée tourne plus vite ou moins vite que celle qui est menante ?
…………………………………………………………………………………………………..
Le sens de rotation est-il le même entre les deux trains d’engrenages ?
…………………………………………………………………………………………………..
Calculer le rapport entre le nombre de dents de la roue menée et le nombre de dents
de la roue menante (Z4 / Z1), que remarquez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
On peut donc dire que la deuxième roue (Z4) tourne combien de fois plus vite ou
moins vite que la première (Z1) ?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Etant donné que l’entrée du mécanisme (au niveau de l’index 1) concerne la roue
Z1 et que la sortie du mécanisme (au niveau de l’index 2) concerne la roue Z4, on
appellera la fréquence de rotation de l’entrée du mécanisme « N(Z1) » et la fréquence
de rotation de la sortie du mécanisme « N(Z4) ». D’après votre réponse précédente,
compléter les équations suivantes et donner le résultat numérique obtenu sous forme
de fraction :
Z4
o
N(Z1)
= …………. X
Z1
N(Z4)
N(Z1)
(NSortie)
=
1
Z ..
=
(NEntrée) Z..
NB : le rapport des fréquences de rotation des roues est
…….
égal au rapport inverse du nombre de dents des roues
b) Manipulation avec trois roues dentées (soit deux trains d’engrenages) :
Mettre délicatement une troisième roue sur la maquette comme ci-dessous et noircir
la dent qui se trouve en vis-à-vis du troisième index
Index 3
Index 2
Index 1
Z6
Z5
Z4
Z3
Z2
Z1
Z6
Z4
Z3
Z1
L’entrée est toujours au niveau de
l’index 1 ; L’engrènement se fait entre
Z1 et Z4 puis entre Z3 et Z6 : On vous
demande de tourner et de compter le
nombre de tours nécessaires à la
première roue Z1 pour que la Z6 fasse
un tour complet
Remarque :
Dans le premier train d’engrenages, la
roue Z1 est menante et la roue Z4 est
menée.
Dans le deuxième train d’engrenages,
la roue Z3 est menante et la roue Z6
est menée.
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 5/7
Réponses :
Nombre de tours approximatif de la roue Z1 pour un tour de la roue Z6 :
………………………………………………………………………………………………….
Sachant que les trains d’engrenages sont ici tous identiques, donner la valeur du
rapport de réduction du deuxième train d’engrenages (Z6/Z3):
…………………………………………………………………………………………………..
Le sens de rotation est-il le même entre la première roue Z1 et la dernière roue Z6 ?
…………………………………………………………………………………………………..
Nous allons maintenant cumuler les deux rapports de réduction ; multiplier entre eux
les deux rapports de réduction (Z4/Z1) x (Z6/Z3), que remarquez-vous ?
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Calculer le rapport des fréquences de rotation entre l’entrée et la sortie du
mécanisme (après avoir complété les nombres de dents dans la formule). Donner le
résultat sous la forme d’une fraction
NZ6 (Ns)
Z …..
Z…..
x
=
NZ1 (Ne)
…… x……..
=
Z …..
x
Z…..
1
=
……x……..
……..
c) Recherche sur internet :
La transmission de l’énergie se fait donc par ce que l’on nomme des trains
d’engrenages.
Rechercher sur Wikipédia la définition d’un train d’engrenages et recopier la formule
du rapport de transmission donnée dans la rubrique « train simple »
Réponse :
Train d’engrenages :
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Formule du rapport de transmission :
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 6/7
4) Calcul des rapports de transmission de la mécanique
Robot « Dusk Tiger» GIBSON :
On vous donne ci-dessous le schéma de la mécanique, compléter le nombre de
dents de chaque engrenage (Z1 à Z14)
Arbre moteur
Z1 =……
Z10=……
Z6= ……
Z2=……..
Axe du tourillon
Z14=…….
Entourer sur le schéma :
- en rouge les roues
menantes
- en vert les roues
menées
Z11=…….
Z13= ……..
Z7=…….
Z9=…….
Z3=……..
Z5=……..
Z8=……..
Z12=…….
Z4=……..
Calculer le rapport de transmission entre l’axe de l’arbre moteur et l’axe du
tourillon, comparer votre résultat avec la manipulation b) du 2) faite précédemment :
Z . x Z ……………………….
Rapport =
………………….
=
1
=
Z . x Z ………………………
………………….
…….
Commentaires …………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Sur ce même principe, répondre aux questions posées et calculer le rapport
de transmission entre l’arbre de la clé et l’axe du tourillon (l’axe de la clé est
perpendiculaire à l’axe de la roue entrainée mais le principe de calcul est toujours le
même)
- Compter le nombre de dents de la roue tournant avec la clé :
Z15 = ………………………..
-
L’engrènement se fait avec quelle autre roue?
…………………………………………………………………………………………………..
-
Calculer le rapport de transmission, comparer votre résultat avec la
manipulation a) du 2) faite précédemment :
Z …. x Z ………………………
Rapport =
1
=
Z …. x Z ………………………
=
…...
Commentaires :………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Comment les tensions des cordes de la guitare s’ajustent-elles de manière automatique ?
Lycée Gustave Eiffel
Patin Christophe.
Activité n°4
page 7/7