Direction à crémaillère # 1223


Équipe : Brinsdescie
Classe : Sec 3, secondaire 3
École : Labo, du Prof Albert
Enseignant(e) : Albert Einstein


Avis aux lecteurs




Identification d'un besoin:
 

Nous voulons réaliser un véhicule capable d'être contrôlé à distance afin de se déplacer dans des zones dangeureuses. Le véhicule doit posséder un système lui permettant de changer de direction.  




Analyse du problème technologique:
 

Pour des raisons de consommation d'énergie, nous avons à notre disposition que 2 moteurs. Un premier est utilisé pour la propulsion du véhicule et nous nous proposons d'utiliser le second pour le système de direction du véhicule. Nous devons donc trouver un système de direction permettant d'être actionné que par un seul moteur. De plus, nous utiliserons un ensemble de robotique dacta de LEGO pour la construction de notre prototype.




Solutions des principes:
 
Lors de nos recherches, nous avons identifié le principe de direction à crémaillère comme pouvant être une solution valable.


Shéma 1:  Shéma de principe d'une direction à crémaillère
Front wheel = Roues d'avant, Steering wheel = Volant

Source: http://perso.wanadoo.fr/michel.hubin/capteurs/autos/chap_a10.htm

Comme le démontre le shéma 2, ce principe utilise la transmission de mouvement par crémaillère qui consiste à transformer un mouvement de rotation (volant ou moteur) en mouvement de translation.


Shéma 2: Modification du mouvement par crémaillère




Solutions de construction:
 

Comme nous possédons un ensemble de robotique dacta de LEGO, nous utiliserons les pièces fournies dans cet ensemble afin de réaliser un système de direction à crémaillère. Voici les shémas de construction que nous avons réalisés:

Figure 1:
Shéma de construction de notre direction à crémaillère

Figure 2:
Un mouvement de rotation sur l'essieu de direction transmet un mouvement de translation à la pièce B' qui entraîne un mouvement de rotation des pièces A et A' . Ce qui se traduit par un changement de direction des roues d'avant.




Construction du prototype:
 





Figure 3: Construction de notre direction à crémaillère avec les pièces LEGO



Direction en action !




Essais du prototype:
 

L'essieu de direction de notre premier prototype était directement branché sur un moteur installé sous le châssis de notre véhicule.

Figure 4: Prototype avec moteur branché directement sur l'essieu de la direction à crémaillère

Les essais de ce prototype ont démontré que la puissance du moteur de direction n'était pas suffisante afin d'assurer la rotation des roues sur des surfaces adhérentes. Nous avons donc modifié la position du moteur et multiplié sa force avec un système de transmission par vis sans fin sur engrenage.

 

Figure 6: Moteur branché via une transmission à vis sans fin sur engrenage

 



Figure 7: Notre prototype final !


Prototype en action !




Conclusion:
 

Notre prototype répond pour l'instant à nos besoins. Cependant, nous avons remarqué lors des essais que le temps de rotation de la direction reste lent même si le moteur de direction est programmé à sa puissance maximale. Notre système de transmission entre le moteur et la direction à crémaillère augmente la force mais diminue de beaucoup la vitesse.  Dans une situation où le temps de réaction (de virage) du véhicule serait critique, il serait important de trouver un solution permettant d'augmenter la vitesse de rotation de l'essieu de direction. Nous sommes à faire des recherches sur le fonctionnement des systèmes de directions assistées (Power Steering) afin d'étudier la possibilté d'en doter notre prototype.




Webographie

Guide technique de l'Acura Optima: Direction à crémaillère

http://www.acuraoptima.com/service/technique/direction.html

Transmission par vis sans fin et engrenage avec pièces LEGO
http://www.rec.ri.cmu.edu/education/multimedia/worm.shtml

Transmission par pinion et crémaillère avec pièces LEGO
http://www.rec.ri.cmu.edu/education/multimedia/rack.shtml

Animation sur système de transmission par vis sans fin et engrenage
http://serge.bertorello.free.fr/mecano/aniroue.html