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Les mécanismes de transformation du mouvement - Secondaire 1 et 2
Fiche | Sciences et technologies
Les mécanismes de transformation du mouvement sont des mécanismes qui modifient le type de mouvement entre l’organe menant et l’organe mené.
La transformation du mouvement est une fonction mécanique complexe, puisqu’elle est effectuée par un mécanisme, soit un ensemble de composants. Elle modifie le type de mouvement d’un composant du mécanisme par rapport à un autre. Ainsi, un mouvement de rotation de l’organe menant peut entrainer un mouvement de translation rectiligne chez l’organe mené. L’inverse est aussi possible.
Il existe cinq mécanismes de transformation du mouvement.
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Nom du mécanisme (Clique sur les liens suivants.) |
Description | Réversibilité |
|---|---|---|
Le mécanisme à vis et à écrou  |
La rotation de la vis entraine la translation rectiligne de l’écrou, ou la rotation de l’écrou entraine la translation rectiligne de la vis. | Non réversible |
Le mécanisme à bielle et à manivelle  |
La rotation de la manivelle entraine la translation rectiligne d'un piston ou vice versa, par l'intermédiaire de la bielle. | Réversible |
Le mécanisme à pignon et à crémaillère  |
La rotation du pignon entraine la translation rectiligne de la crémaillère ou vice versa. | Réversible |
Le mécanisme à vis sans fin et à crémaillère  |
La rotation de la vis sans fin entraine la translation rectiligne de la crémaillère. | Non réversible |
Le mécanisme à came et à galet (came et tige-poussoir)  |
La rotation de la came entraine la translation rectiligne de la tige par l'intermédiaire du galet. | Non réversible |
Le mécanisme à vis et à écrou
Un mécanisme à vis et à écrou permet de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation rectiligne en combinant les mouvements d’une vis et d’un écrou.
Le symbole du mécanisme à vis et à écrou
Il existe deux types de mécanismes à vis et à écrou.
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Dans certains mécanismes, la vis est l’organe menant et l’écrou est l’organe mené. La transformation du mouvement se produit lorsque le mouvement de rotation de la vis entraine le mouvement de translation rectiligne de l’écrou.
Un mécanisme à vis et à écrou (type III)
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Dans d’autres mécanismes, l’écrou est l’organe menant et la vis est l’organe mené. La transformation du mouvement se produit lorsque le mouvement de rotation de l’écrou entraine le mouvement de translation rectiligne de la vis.
Un mécanisme à vis et à écrou (type IV)
Dans un cric pour les voitures, la rotation de la vis permet le déplacement en translation rectiligne de l’écrou, ce qui permet d’élever les deux bras du cric et de soulever la voiture.
Un cric pour les voitures
Dans un bâton de colle, la rotation de la roulette liée à la vis permet la translation rectiligne de l’écrou. L’écrou est solidaire du plateau sur lequel se trouve la colle, ce qui permet à celle-ci de sortir du bâton.
Un bâton de colle
Il arrive que des mécanismes à vis et à écrou ne soient pas des mécanismes de transformation du mouvement. Dans ces cas, l’un des organes effectue un mouvement hélicoïdal alors que l’autre organe est fixe.
Dans ce mécanisme, la vis est l’organe menant qui se déplace à l’intérieur d’un écrou fixe. La vis est guidée dans un mouvement hélicoïdal par l’écrou.
Un mécanisme à vis et à écrou (type I)
Dans ce mécanisme, l’écrou est l’organe menant qui se déplace à l’intérieur d’une vis fixe. L’écrou est guidé dans un mouvement hélicoïdal par la vis.
Un mécanisme à vis et à écrou (type II)
Le mécanisme à bielle et à manivelle
Le mécanisme à bielle et à manivelle transforme un mouvement de rotation en mouvement de translation rectiligne bidirectionnelle et vice versa.
Le symbole du mécanisme à bielle et à manivelle
Dans ce mécanisme, la bielle est la tige rigide liée par une liaison pivot à ses deux extrémités. Elle est liée à l’une de ses extrémités à une pièce, tel un piston ou un coulisseau, qui se déplace dans un mouvement de translation rectiligne. Quant à la manivelle, elle représente la pièce ronde qui effectue un mouvement de rotation. Le contact entre la bielle et la manivelle est essentiel afin que le mouvement puisse être transmis dans le mécanisme. Le mécanisme à bielle et à manivelle permet de transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation alternatif (mouvement de va-et-vient rectiligne).
Le mécanisme à bielle et à manivelle
Les roues d’une locomotive à vapeur sont reliées par un mécanisme à bielle et à manivelle. Lorsque l’eau est chauffée dans la chaudière, la vapeur produite pousse sur un piston qui est relié à la bielle. La mise en mouvement de la bielle permet la rotation de la manivelle, qui est solidaire de la roue.
Une locomotive à vapeur
Dans un moteur à combustion, le mécanisme à bielle et à manivelle occupe une place importante. Le piston est relié à la bielle. La bielle est reliée à la manivelle, qui est solidaire du vilebrequin. Ainsi, en remontant, le piston comprime le mélange d’essence dans le cylindre.
Le moteur à piston
Dans une scie sauteuse, on retrouve un mécanisme à manivelle et à coulisse.
Dans cette situation, la lame est solidaire de la coulisse. Lorsque la manivelle fait son mouvement de rotation, le mouvement de translation de la coulisse permet à la lame de faire des va-et-vient afin de couper une pièce de bois.
Une scie sauteuse
Le mécanisme à manivelle et à coulisse comprend une coulisse qu’il ne faut pas confondre avec une bielle.
Le mouvement de rotation de la manivelle entraine le mouvement de translation rectiligne de la coulisse ou vice versa.
Ce mécanisme est réversible, tout comme le mécanisme à bielle et à manivelle.
Un mécanisme à manivelle et à coulisse
Le mécanisme à pignon et à crémaillère
Le mécanisme à pignon et à crémaillère transforme le mouvement de rotation du pignon en un mouvement de translation rectiligne de la crémaillère ou vice versa.
Le symbole du mécanisme à pignon et à crémaillère
Ce mécanisme comprend une roue dentée qu’on appelle pignon et une tige dentée qu’on appelle crémaillère. Lorsque le pignon effectue un mouvement de rotation, ses dents s’engagent entre les dents de la crémaillère et entrainent cette dernière dans un mouvement de translation rectiligne. À l’inverse, lorsque la crémaillère effectue un mouvement de translation rectiligne, ses dents s’engagent entre les dents du pignon et entrainent ce dernier dans un mouvement de rotation.
Le mécanisme à pignon et à crémaillère
Le système de direction d’une voiture est constitué d’un mécanisme à pignon et à crémaillère. Le volant est solidaire du pignon. La rotation du volant entraine la rotation du pignon, ce qui permet le mouvement de translation de la crémaillère. Le mouvement de celle-ci entraine le mouvement des roues.
Un système de direction de voiture
Le mécanisme à vis sans fin et à crémaillère
Le mécanisme à vis sans fin et à crémaillère permet de transformer le mouvement de rotation de la vis en un mouvement de translation rectiligne de la crémaillère.
Le symbole du mécanisme à vis sans fin et à crémaillère
Ce mécanisme est très semblable à celui à pignon et à crémaillère. Une vis sans fin est utilisée au lieu d’une roue dentée (pignon). Lorsque la vis sans fin effectue un mouvement de rotation, la crémaillère se déplace dans un mouvement de translation rectiligne.
Le mécanisme à vis sans fin et à crémaillère
Une clé à molette utilise également un mécanisme à vis sans fin et à crémaillère. En tournant la vis sans fin, la crémaillère se déplace en translation rectiligne. Ceci permet à la mâchoire mobile de se déplacer afin d’augmenter ou de diminuer l’espace entre les deux mâchoires.
Une clé à molette
Le mécanisme à came et à galet
Le mécanisme à came et à galet (aussi appelé mécanisme à came et à tige-poussoir) permet de transformer le mouvement de rotation de la came en un mouvement de translation rectiligne bidirectionnelle de la tige par l’intermédiaire d’un galet.
Le symbole du mécanisme à came et à galet
La came est la pièce du mécanisme qui a généralement la forme d’un œuf. Elle peut aussi être un disque de forme irrégulière. Son rôle est de pousser le galet et la tige afin qu’ils se mettent en mouvement. Les cames peuvent être de différentes formes (rondes, ovoïdes, courbes, etc.).
Un mécanisme à came et à galet
Lorsque la came effectue un mouvement de rotation, la tige accomplit un mouvement de translation rectiligne de va-et-vient (mouvement alternatif).
L’axe de rotation d’une came peut être décalé par rapport à son centre. Dans ces situations, la came porte le nom d’excentrique.
L’excentrique dans un système à came et à galet
Dans un moteur à combustion, des mécanismes à came et à galet sont présents. Au départ, lorsque la came pousse sur la tige, le gaz peut entrer dans la chambre de combustion. Lorsque la compression du gaz et l’explosion (production d’énergie) ont eu lieu, le gaz peut s’échapper du côté opposé : une autre came pousse sur une tige, permettant l’ouverture du tuyau d’échappement.
Le moteur à piston
Dans ce jouet, le mouvement de rotation de la poignée initie le mouvement de rotation de la came. Lorsque la partie la plus longue de la came arrive au sommet de sa rotation, le hibou, solidaire de la tige, se déplace en translation rectiligne vers le haut. À l’opposé, lorsque la partie la plus longue de la came est sous l’axe de rotation, le hibou se déplace en translation rectiligne vers le bas. En fin de compte, le hibou effectue un mouvement de translation bidirectionnelle de haut en bas de type va-et-vient.
Un jouet