Science et technologie s1437

Les mécanismes de transformation du mouvement

La transformation du mouvement est une fonction mécanique complexe qui consiste à transmettre un mouvement d'une pièce à une autre, tout en modifiant sa nature. Le type de mouvement change, soit d'un mouvement de rotation à un mouvement de translation ou inversement.

Dans certains objets techniques, le mouvement d'une pièce provoque celui d'autres pièces. Toutefois, le type de mouvement de l'organe moteur change lorsqu'il est transmis à l'organe récepteur. Ainsi, un mouvement de translation de l'organe moteur peut provoquer un mouvement de rotation chez l'organe récepteur. L'inverse est aussi possible. Parmi les systèmes de transformation du mouvement, on retrouve les systèmes suivants:

Le système à vis et écrou

Le système à vis et écrou permet de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation en combinant les mouvements d'une vis et d'un écrou.

Il existe deux types de systèmes à vis et écrou. Dans certains systèmes, c’est la vis qui joue le rôle d’organe moteur. Dans ce cas, le mouvement de rotation de la vis se transforme en mouvement de translation pour l’écrou. Dans d’autres systèmes, c’est plutôt l’écrou qui constitue l’organe moteur. Dans ce cas, le mouvement de rotation de l’écrou se transforme en mouvement de translation pour la vis.

Ce mécanisme est irréversible; il ne peut qu’être amorcé par une rotation de l'organe moteur. En effet, une translation de la vis ou de l’écrou bloque le mécanisme.

Avantages

  • Ce mécanisme permet d’exercer des forces et des pressions importantes.
  • Il permet aussi des ajustements fins.

Inconvénients 

  • Ce mécanisme génère beaucoup de frottement.
  • Sa fragilité peut entraîner des problèmes de guidage.
  • Le système est lent à moins d’avoir un pas de vis important.

Cric pour les voitures

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Pince-étau

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Autres exemples: tendeurs de câbles, serre en C, vis de robinetterie, pressoir,  ajustement d’appareil exerciseur, ajustement de jumelles, ajustement de câble de vélo, tabouret de piano, etc.

Le système à bielle et manivelle

Le système à bielle et manivelle transforme un mouvement de rotation en mouvement de translation alternatif (mouvement de va-et-vient rectiligne) et vice versa.

Dans ce système, la bielle est la tige rigide liée par une liaison pivot à ses deux extrémités alors que la partie «manivelle» représente la pièce sur laquelle on peut appliquer un mouvement de rotation. Le contact entre la bielle et la manivelle est essentiel afin que le mouvement puisse être transmis dans le système. Le mouvement est généralement initié par la rotation de la manivelle qui transmet un mouvement de translation alternatif à la bielle. Cette transformation est réversible puisqu'elle peut s'effectuer dans le sens inverse.

Il est à noter que la bielle, parfois organe récepteur, peut aussi être un organe intermédiaire qui transmettra le mouvement de translation à une autre pièce, par exemple à un piston. Dans un moteur à combustion, le système à bielle et à manivelle occupe une place importante. Le piston est relié à la bielle qui elle est reliée à la manivelle qui entraînera le vilebrequin. Ainsi, en remontant, le piston comprime le mélange de gaz dans le cylindre.

Avantage

  • Ce mécanisme peut fonctionner à grande vitesse.

Inconvénient

  • Il y a beaucoup de frottement dû aux nombreuses articulations de ce système. Il faut alors beaucoup de lubrification.

Système de bielle et manivelle

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Autres exemples: Moteurs à essence, moteurs à diesel, pompes, respirateurs en médecine, locomotives à vapeur, ancienne machine à coudre, rouet, meule, etc.

Le système à pignon et crémaillère

Le système à pignon et crémaillère transforme le mouvement de rotation du pignon en un mouvement de translation de la crémaillère ou vice versa.

Ce système comprend une roue dentée qu’on appelle « pignon » et une tige dentée qu’on appelle « crémaillère ». Lorsque le pignon tourne, ses dents s’engrènent dans les dents de la crémaillère et entraînent cette dernière dans un mouvement de translation. À l’inverse, si l’on fait bouger la crémaillère, les dents de la crémaillère s’engrèneront dans les dents du pignon qui subira alors un mouvement de rotation. Il s'agit donc d'un système réversible.

Avantages 

  • Il n’y a aucun glissement lors de la transformation de ce mouvement.
  • La force de ce système est relativement grande.

Inconvénients 

  • Les engrenages qui sont utilisés peuvent nécessiter une lubrification importante.
  • Ce mécanisme nécessite un ajustement précis à cause des dents entre la roue et la crémaillère.
  • Il y a beaucoup d’usure.
  • Ce n’est pas un mouvement cyclique, c’est un mouvement fini (on doit s’arrêter lorsqu’on est rendu au bout de la crémaillère).

Système de pignon crémaillière

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Direction à crémaillère d'une automobile

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Autres exemples: directions d’automobiles, tendeurs de filets (filet de badminton par exemple), mécanismes d’ajustement de certains microscopes, funiculaire, trépied pour appareil photo, etc.

Le système à came et tige-poussoir

Le système de came et tige-poussoir (aussi appelée tige guidée) permet de transformer le mouvement de rotation de la came en un mouvement de translation alternatif (de va-et-vient) de la tige-poussoir.

On appelle «came» une roue qui a la forme d’un œuf. La came peut aussi être un disque de forme irrégulière ou un disque dont le pivot est décentré. Dans ce cas, on parle d'«excentrique». On appelle «tige-poussoir» ou «tige guidée» la tige qui est appuyée sur la came. Lorsque la came tourne, la tige-poussoir effectue un mouvement de translation alternatif (mouvement de va-et-vient rectiligne). Ce système est irréversible.

Une came de forme ovoïde

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Une came irrégulière

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Un excentrique (qui fait ici parti d'un système à bielle et manivelle)

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Avantages 

  • On peut configurer la came de façon à faire varier le déplacement de la tige d’un mouvement de translation à un autre.
  • Il n’y a aucun glissement, le rapport de vitesse est constant.
  • Ce système permet une réduction considérable de la vitesse.

Inconvénients

  • La tige doit être guidée en translation.
  • Il faut généralement un ressort de rappel pour permettre à la tige de s'appuyer continuellement sur la came.
  • Le risque de vibrations importantes est présent si la came tourne à grande vitesse.

Système de came et tige-poussoir

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Arbre à came en tête

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Autres exemples: jouets mécaniques, mécanismes de commande de l’ouverture de la fermeture des soupapes dans un moteur d’automobiles (arbre à cames et valves), machines à coudre, etc.

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Les exercices
Les références