Partie spécifique - Partie B : Résistance des mat… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - ITEC 2026

Mise en situation

Les hôpitaux disposant d’une station d’hélistation doivent assurer la stabilité de l’hélicoptère médicalisé lors des phases d’atterrissage, de ravitaillement et d’attente. Le dispositif Hélilock a pour fonction d’immobiliser automatiquement les patins de l’hélicoptère afin de garantir sa sécurité même en conditions météorologiques défavorables (vent, pluie, rafales).

Ce système est composé d’un moteur électrique et d’une vis trapézoïdale double pas (LH/RH) entraînant le déplacement symétrique de deux mors en V arrondis venant pincer le patin. L’ensemble du mécanisme doit être modélisé pour comprendre la transformation du mouvement de rotation du moteur en translation symétrique des mors.

Partie B: comment vérifier que les éléments mécaniques du système sont correctement dimensionnés pour assurer le maintien des patins de l’hélicoptère ?

Lors du serrage du patin d’hélicoptère, les deux mors exercent chacun une force de 2 000 N sur la surface cylindrique du patin. Ces mors sont solidaires des chariots, eux-mêmes entraînés par la vis trapézoïdale double pas (LH/RH).

La vis, les noix et les mors sont donc soumis à des efforts mécaniques importants. Une étude simplifiée a permis de définir les efforts sur le sous-ensemble mors-vis.

DTS4: données mécaniques et caractéristiques des matériaux

Ce document présente les données mécaniques nécessaires au calcul de la contrainte dans la vis trapézoïdale ainsi que les caractéristiques des matériaux utilisables pour la fabrication des mors. Ces informations permettront de vérifier la résistance mécanique des composants et de sélectionner le matériau le plus adapté au système Hélilock.

Données mécaniques de la vis trapézoïdale

Donnée · Symbole · Valeur · Unité · Remarques

Force de serrage d’un mors · $F$ · 2 000 · N · Valeur issue du cahier des charges

Diamètre nominal de la vis · $D$ · 16 · mm · Filetage trapézoïdal TR16×4 LH/RH

Pas de vis · $p$ · 4 · mm · Avance par tour complet

Rendement global vis–noix · $\\eta$ · 0,35 · – · Inclut frottements vis/écrou lubrifiés

Matériau de la vis · C45 · $R_e = 350$ · MPa · Limite élastique du matériau

Coefficient de sécurité conseillé · $S$ · 3 · – · Recommandé pour la vérification mécanique

Calcul du couple de maintien: $$C = \frac{F \times p}{2\pi \times \eta}$$

Question B.1

Identifier à quel type de sollicitation est soumise la vis.

Question B.2

Sur le document réponse DRS4, calculer la section $S$ puis la contrainte axiale $\sigma$ subie par la vis de diamètre $D = 16\text{ mm}$ lorsque la force de serrage exercée par un mors est $F = 2\,000\text{ N}$, exprimer le résultat en MPa.

Question B.6

Sur le document réponse DRS4 et en utilisant la contrainte axiale calculée et la limite élastique du matériau de la vis ($R_e = 350\text{ MPa}$), déterminer le coefficient de sécurité réel $S_{\text{réel}} = \frac{R_e}{\sigma}$. Le comparer au coefficient de sécurité conseillé ($S = 3$) et conclure sur la conformité du dimensionnement de la vis.

DRS4: Calcul de la contrainte dans la vis (Questions associées: B.2, B.6)

Donnée

Symbole

Expression

Application numérique

Unité

Force appliquée

$F$

$2\,000$

N

Diamètre de la vis

$D$

$16$

mm

Section de la vis

$S$

QB.2

QB.2

mm²

Contrainte axiale

$\sigma$

QB.2

QB.2

MPa

Limite élastique

$R_e$

$350$

MPa

Coefficient de sécurité réel

$S_{\text{réel}}$

$R_e / \sigma$

QB.6

Coefficient de sécurité conseillé

$S$

$3$

Validation $S_{\text{réel}} \ge S$ ?

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