TRAVAIL DEMANDE : répondre sur feuille de copie pour les questions 1.1 et 1.2.

L'étude du comportement cinématique de la suspension arrière sera réalisée graphiquement et avec t'aide de l'outil informatique.
On utilise pour cela un modèle simplifié plan, dont la représentation géométrique est donnée sur la page 1 du dossier ressource. L'ensemble est représenté en position extrême basse, ce qui correspond à la détente maxi de l'amortisseur (AB maxi).

1.1. Préciser les hypothèses qui permettent de justifier une telle étude dans le plan ?

1.2. La simulation du fonctionnement sera réalisée avec l'aide d'un logiciel de simulation plane.
Identifier, par exemple sous forme d'un graphe des liaisons ou d'un schéma, et caractériser les liaisons entre les différents solides.
Ex. : liaison 2/1 - liaison pivot d'axe Mz

1.3. Déterminer et tracer sur le document réponse 1. les trajectoires des points C et D appartenant au culbuteur 4, dans son mouvement par rapport au cadre 1 : Tc,4/1 et Td,4/1
Sur le document réponse 1. tracer les positions D', C et B' des points D, C et B appartenant au culbuteur 4 lorsque le bras oscillant 2 est en position extrême haute.
En déduire la course de l'amortisseur permettant de passer d'une position extrême à l'autre.

1.4.   L'entraînement de la roue arrière est assuré par chaîne entre le pignon de sortie de boite, dont le centre K est fixe par rapport au cadre et la couronne dont le centre N, lié au bras oscillant est mobile (voir la page 1 du document ressource). L'entraxe de cette transmission est donc variable.

1.41. Tracer, sur le document réponse 1 la position de l'axe médian MN du bras oscillant 2 correspondant à la tension maxi de la chaîne.

1.42.   La simulation informatique de ce fonctionnement a permis d'établir la courbe d'évolution de l'entraxe KN en fonction de la compression de l'amortisseur. Cette courbe est représentée sur le document réponse 2.
Justifier l'allure et les points caractéristiques de cette courbe au vu des résultats précédents.
Analyser au regard du graphe, la décision du constructeur qui a choisi de ne pas mettre de tendeur de chaîne.

La hauteur à l'arrêt de la moto doit pouvoir être réglée en fonction de la charge. Ce réglage est réalisé en modifiant la précontrainte du ressort 6 de l'amortisseur en agissant sur l'écrou 7.
On souhaite disposer d'un modèle permettant de définir ce réglage. L'étude est réalisée avec l'aide d'un logiciel de simulation mécanique plane.
Le modèle géométrique plan utilisé est représenté sur le document réponse n° 3.

Données :

Pour ne simuler que l'effet de la suspension arrière, la suspension avant est figée. Le cadre 1 est alors articulé en 0 par rapport à la roue avant, supposée liée au sol. La roue arrière, qui roule sans glisser en R par rapport au sol, est articulée en N par rapport au bras 2. Les autres liaisons sont identiques à celles définies dans le modèle précédent

P1 : poids de la moto seule,
P2 : poids du pilote
P3 : poids du passager.

Moto soumise à son propre poids : P1
Moto avec pilote : P1 + P2
Moto avec pilote et passager : P1 + P2 + P3

Les efforts P2 et P3 sont représentés sur le document réponse n° 3.

P2 (800 N) au point G2 (1050, 500,0) [coordonnées exprimées dans le repère R0]
P3 (750 N) au point G3 (1330, 600, 0) [coordonnées exprimées dans le repère R0]

2.1. A partir des indications portées sur la fiche technique donnée en page 2 du dossier technique, déterminer le poids P1 et reporter un représentant de ce poids sur le document réponse n°3.
Faire apparaître de manière explicite, sur feuille ou sur le document réponse n° 3 la démarche associée à cette détermination.

2.2. La résolution informatique de l'équilibre a permis de déterminer l'effort que doit exercer la tige de l'amortisseur 3b en B sur le culbuteur 4 : B3b/4 , suivant la position de la moto et le chargement.
On obtient ainsi 3 courbes, représentées sur le document réponse 4, associées aux différents chargements (P1, P1 + P2, P1, + P2 + P3) en fonction de la compression de l'amortisseur (variation de la longueur AB).
L'équilibre de la moto est assuré par le ressort 6, dont la raideur est ici de 95 N/mm. La courbe d'évolution de ce ressort, pré-comprimé initialement de 3 mm, peut être reportée sur le même graphique.
La résolution informatique a également permis d'établir la courbe d'évolution de la garde au sol de la moto en fonction de la compression de l'amortisseur. Cette courbe est également représentée sur le document réponse 4.
On peut voir sur les courbes d'effort que lorsque la moto est soumise uniquement à son propre poids, dans la configuration initiale, l'amortisseur sera comprimé de 22 mm. En reportant cette valeur sur la courbe d'évolution de la garde au sol, on trouve une garde au sol correspondante de 143 mm.

2.21. Quelles sont les valeurs de la compression de l'amortisseur et de la garde au sol lorsque le pilote est assis sur la moto (sans action notable du pilote sur le sol), avec la même configuration initiale ?

2.22. De combien faut-il pré-contraindre le ressort pour que la moto ait une garde au sol de 143 mm lorsque le pilote est assis. Quelles seront alors la garde au sol de la moto seule et celle avec pilote et passager ?

Répondre à ces 2 questions sur le document réponse 4. Laisser les traits de construction apparents

La suspension initiale a été conçue et validée avec un bras oscillant mécano-soudé.
Dans sa version définitive le bras oscillant est obtenu par moulage. La modification de ses formes a également entraîné des modifications du contour des culbuteurs.
Le comportement sous charge de ce culbuteur modifié est analysé avec l'aide de l'outil informatique. Cet outil sera également utilisé pour optimiser les formes du culbuteur en vue de diminuer sa masse.
A partir des mêmes résultats statiques, deux études, associées chacune à un modèle différent, ont été réalisées. Les résultats de ces études (visualisation des contraintes équivalentes et des déformations) sont donnés en page 2 du dossier ressource :
Dans l'étude 1, un seul effort est exercé en D. Le culbuteur est alors immobilisé par deux surfaces cylindriques d'axes Cz et Bz, comme si le culbuteur était monté dans un support rigide.
Pour l'étude 2, les efforts en B et D ont été modélisés. Le culbuteur est alors uniquement lié par l'alésage central d'axe Cz. La rotation éventuelle autour de cet axe est supprimée par un contact ponctuel placé sous la face inférieure (la visualisation des résultats permet de vérifier que cette action reste négligeable).

3.1. A partir de l'interprétation des résultats, donnés en page 2 du dossier ressource. expliquer (sur feuille) pourquoi le modèle 2 est celui qui semble le mieux traduire le comportement réel du culbuteur.

3.2. Lors de l'utilisation du logiciel de calcul par éléments finis, nous avons besoin de connaître les composantes des efforts appliqués sur chaque culbuteur dans le repère Cx, Cy. figure 2 - doc. Réponse n° 5.
Déterminer à partir des résultats graphiques du calcul mécanique réalisé dans le plan (doc. Réponse n° 5) les composantes des actions B et D qui traduiront l'état de chargement sur chaque culbuteur.
Tracer également un représentant de ces actions sur la figure 2 - doc. Réponse n° 5.
Préciser éventuellement, sur feuille, toute hypothèse associée à cette détermination.

3.3. Les culbuteurs sont réalisés en alliage d'aluminium 2017 A, de limite élastique 280 MPa et de limite à la rupture 420 MPa.
Déterminer le coefficient de sécurité employé pour ces pièces.

3.4.  Le dessin de définition incomplet du culbuteur est reproduit sur le document réponse n°6.
Avec l'aide des résultats de répartition des contraintes, proposer toute modification de forme, sans toucher au contour extérieur, visant à diminuer la masse des culbuteurs tout en conservant une sécurité suffisante. Utiliser éventuellement toute représentation particulière (coupe, section).

3.5.  Quelle serait la démarche à suivre, suite à ces modifications des formes du culbuteur ?

La suspension initiale a été conçue et validée par des essais avec un bras oscillant mécano- soudé.
Dans sa version définitive le bras oscillant est obtenu par moulage. Il pourra être optimisé, par exemple en vue d'une utilisation en compétition.
Il s'agit de définir ici un modèle mécanique dans lequel on pourra isoler et faire varier chacun des paramètres pouvant intervenir dans le chargement de ce bras pour simuler leur influence respective ou combinée dans des conditions extrêmes :

1. chargement plan (étude précédente),
2. démarrage avec accélération maxi,
3. freinage maxi,
4. courbes,
5. chocs,...

Les résultats de ce modèle seront également validés en les comparant aux résultats expérimentaux réalisés sur le bras mécanosoudé.

4.1. L'étude suivante va concerner la phase de démarrage.
Pour définir un modèle cohérent on décide de prendre les valeurs mesurées lors des essais des motos actuelles. On a ainsi obtenu lors du chronométrage sur circuit les résultats suivants :
0 à 100 km/h            en 3,5 s
0 à 140 km/h            en 5,5 s
0 à 180 km/h            en 8,7 s
60 à 100 km/h          en 4,4 s
100 à 140 km/h        en 5,4 s
Répondre sur feuille aux questions 4.11,4.12,4.13 et 4.14

4.13. Quelle est l'accélération maximale, supposée constante, qui a été encaissée par la moto et son pilote ?

4.12. Quel est alors l'effort tangentiel que le sol doit exercer sur la roue arrière, pour communiquer à la moto une telle accélération en considérant que la masse, moto + pilote, est de 280 Kg ?

4.13. En supposant que la roue avant est, dans cette phase d'accélération, à la limite du décollage, quelle doit être la valeur du coefficient d'adhérence roue arrière / sol ?

4.14. La première phase de l'essai (0 à 100 km/h) est réalisée sans changer de vitesse.

Déterminer alors la fréquence maxi du moteur, exprimée en tr/min, au passage des 100 km/h en utilisant les données de la fiche technique (page 2 du dossier technique) et sachant que le diamètre de la roue arrière est de 650 mm.