CH. 2 - L'ingénierie mécanique

Fonction liaison

Fonction qui permet de relier deux ou plusieurs pièces

Organe

Pièce ou fuide qui remplit une fonction mécanique déterminée

Organe de liaison

Organe qui sert à la liaison dans un objet technique

Caractéristiques des liaisons

1. Directe ou indirecte
2. Démontable ou indémontable
3. Élastique ou rigide
4. Complète ou incomplète

Liaisons directe ou indirecte

Directe: Permet d’assembler les pièces sans organe de liaison

Indirecte: Nécessite un ou plusieurs organes de liaison

Liaisons démontable ou indémontable

Démontable: Permet de séparer les pièces liées sans détériorer la surface ou l’organe de liaison

Indémontable: Ne permet pas de séparer les pièces sans détériorer l’une d’elles ou l’organe de liaison

Liaisons rigide ou élastique

Rigide: Ne permet aucune déformation des éléments assemblés

Élastique: Permet aux pièces liées de bouger les unes par rapport aux autres à cause de la pièce élastique placée entre elles

Liaisons complète ou incomplète

Complète: Ne permet pas aux pièces de bouger l’une par rapport aux autres. Le mouvement d’une pièce entraîne celui des autres

Partielle: Les pièces peuvent bouger l’une par rapport aux autres (une des pièces peuvent bouger sans que l’autre ne se déplace)

Degrés de liberté

Mouvements indépendants possibles pour une pièce dans un objet technique

Types de degrés de liberté

Trois degrés de liberté en translation (Tx, Ty, Tz)

Trois degrés de liberté en rotation (Rx, Ry, Rz)

Pièce qui n’est liée à aucune autre

6 degrés de liberté

Liaison complète (degrés de liberté)

Aucun degré de liberté

Adhérence

Phénomène qui se manifeste lorsque deux surfaces ont tendance à rester accolées, s’opposant ainsi au glissement

Systèmes de transmission du mouvement qui nécessitent l’adhérence

Les roues de friction et la courroie et les poulies

Facteurs influençant l’adhérence

1. Matériaux (ex: le caoutchouc génère plus d’adhérence)
2. État de la surface (ex: les surfaces rugueuses offrent plus d’adhérence)
3. Température (L’adhérence diminue avec la température)
4. Force (Si une force est exercée perpendiculairement aux surfaces de contact, l’adhérence augmente)
5. Poids des pièces

Frottement

Force qui s’oppose au glissement d’une pièce mobile sur une autre sans empêcher le mouvement des pièces

Lubrifiant

Employé entre deux surfaces pour diminuer le frottement

Roulements

Transforment un glissement avec frottement en une rotation produisant peu de frottement

Mouvement

Déplacement ou changement de position d’un objet par rapport à un point de référence

Fonction de guidage

Fonction mécanique assurée par un organe de guidage qui dirige le mouvement d’une ou de plusieurs pièces, c’est-à-dire qui permet à un autre élément de se déplacer d’une façon préciseQ

Quelles liaisons nécessitent des guidages?

Liaisons partielles

Guidage en rotation

Permet à des pièces de se déplacer en tournant sur elles-mêmes. Constitué d’un arbre inséré à l’intérieur d’un moyeu. (ex: bouton de réglage de volume)

Guidage de translation

Permet à des pièces de se dépalcer en ligne droites. Constitué d’un coulisseau et d’une glissière. (Ex: fenêtres coulissantes)

Guidage hélicoïdal

Permet à des pièces de se déplacer selon un mouvement de translation lorsqu’il y a rotation de ces pièces. La translation et la rotation ainsi obtenues s’effectuent autour du même axe (ex: système de vis-écrou)

Guidage mixte

Assure un mouvement de translation d’une pièce mobile et la rotation de cette pièce selon un axe (mouvements indépendants)

Guidage sphérique

Assure un mouvement de rotation autour de 3 axes (3 degrés de liberté) (ex: manette de jeu)

Transformation du mouvement

Fonction mécanique qui consiste à communiquer un mouvement d’une pièce à une autre tout en modifiant sa nature

Système de transmission du mouvement

Ensemble d’organes qui remplissent la fonction de transformation du mouvement

Organe moteur

Met le système en mouvement

Organe récepteur

Reçoit le mouvement

Organe intermédiaire

Transmet le mouvement de l’organe moteur à l’organe récepteur

Système de vis et écrou

Permet de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation (IRRÉVERSIBLE: c’est toujours un mouvement de rotation qui actionne le système)

Vis

Tige filetée

Écrou

Trou taraudé

Pas

Distance entre deux filets, ou longueur formée par un tour autour d’une hélice suivant l’axe

Guidage établi par un système vis-écrou

GUidage hélicoïdal

Types de systèmes vis-écrou

1. La vis est l’organe moteur
2. L’écrou est l’organe moteur

Avantages du système vis-écrou

1. Permet d’exercer des forces et des pressions importantes
2. Permet des ajustements fins

Inconvénients du système vis-écrou

Beaucoup de frottement

Sa fragilité peut entraîner des problèmes de guidage

Le système est lent à moins d’avoir un pas de vis important

Système à bielle, manivelle et coulisse

Transforme un mouvement de translation en un mouvement de rotation, et vice-versa (réversible)

Bielle

Tige rigide destinée à transmettre un mouvement entre deux pièces articulées à ses extrémités (organe intermédiaire)

Manivelle

Pièce rigide formant deux angles droits et qui, placée à l’extrémité d’un axe ou d’un essieu, sert à faire tourner celui-ci

Système de transformation du mouvement utilisé dans les moteurs à combustion

Système à bielle, manivelle et coulisse

Avantages du système à bielle, manivelle et coulisse

Fonctionne à très grande vitesse

Inconvénients du système à bielle, manivelle et coulisse

Beaucoup de frottement dû aux nombreuses articulations de ce système

Système à pignon et crémaillère

Transforme le mouvement de rotation du pignon en un ouvement de translation de la crémaillère et vice-versa

Pignon

Roue dentée

Crémaillère

Organe denté rectiligne, comme une roue d’engrenage qu’on aurait déroulé

Fonctionnement du système de pignon et crémaillère

Quand le pignon tourne, ses dents s’engrènent dans l’engrenage de la crémaillère et l’entraîne dans un mouvement de translation

Avantages du système de pignon et crémaillère

Aucun glissement

Sa force est relativement grande

Inconvénients du système de pignon et crémaillère

Besoin d’une lubrification importante

Nécessite un ajustement précis

Beaucoup d’usure

Mouvement cyclique, fini (on doit s’arrêter quand on est rendu au bout de la crémaillère)

Système à came et tige guidée

Transforme le mouvement de rotation de la came en un mouvement de translation de la tige guidée (IRRÉVERSIBLE)

Came

Organe mécanique en forme de goutte permettant de piloter le déplacement d’une pièce par le mouvement de rotation uniforme le plus souvent

Tige guidée

Tige qui est appuyée sur la came et lorsqu’elle rencontre la déformation de la came durant sa rotation, elle se déplace et effectue un mouvement de va-et-vient rectiligne

Que comprend souvent le système de came et tige guidée?

Un ressort qui maintient le contact entre la came et la tige

Excentrique

Came dont l’axe de rotation n’est pas placé au centre et dont la forme est ronde. Permet de transformer un mouvement de translation comme celui d’une tige guidée

Types de mouvement

Mouvement de translation rectiligne, rotation et hélicoïdal

Mouvement de translation rectiligne

Effectué par une pièce ou un objet qui se déplace en ligne droite

Mouvement unidirecetionnel

Ne se fait que dans une seule direction

Mouvement bidirectionnel

Se fait dans 2 directions (va-et-vient)

Mouvement de rotation

Effectué par une pièce qui se déplace selon une trajectoire circulaire autour d’un axe

Rotation complète

N’effectue qu’une partie de la trajectoire

Rotation partielle

N’effectue qu’une partie de la trajectoire

Mouvement hélicoïdal

Effectué par une pièce ou un objet qui se déplace le long d’un axe fixe, en tournant autour de cet axe

Transmission du mouvement

Fonction mécanique qui consiste à communiquer un mouvement d’une pièce à une autre sans en modifier la nature

Organe moteur (menant)

Organe qui reçooit le mouvement

Organe intermédiaire

Organe qui se situe entre l’organe moteur et l’organe récepteur et qui conduit le mouvement de l’organe moteur à l’organe récepteur

Organe récepteur (mené)

Organe qui reçoit le mouvement

Système de transmission du mouvement réversible

Lorsqu’il est possible pour un organe mené de devenir l’organe menant

Roues de friction

Composé de deux ou plusieurs roues en contact dont le mouvement de rotation est transmis par frottement

Utilisation des roues de friction

Transmettre un mouvement entre des pièces rapprochées

Caractéristiques roues de friction (4)

1. Le sens de rotation est inversé d’une roue à l’autre
2. Le mouvement est réversible
3. L’axe de rotation des roues peut changer (on peut passer d’une rotation verticale à une rotation horizontale)
4. La vitesse de rotation peut être modifiée (plus le diamètre d’une roue est grand, moins grande est sa vitesse de rotation)

Formes principales de roues de friction

Roues coniques, cylindriques et sphériques

Avantages du système de roues de friction (2)

1. Le système est silencieux
2. Elles sont économiques, car l’absence de dents rend les roues faciles à construire

Inconvénients des roues de friction (3)

1. Les roues ont tendance à glisser les unes sur les autres, ce qui ne permet pas une transmission du mouvement constante
2. La présence de saleté ou d’usure dégrade le frottement entre les roues et perturbe le système
3. Le montage des roues de friction nécessite une grande précision afin de garantir le roulement efficace des roues

Système de courroie et de poulies

Comporte une poulie qui, en rotation, entraîne la courroie qui transmet ce mouvement à une seconde poulie

Caractéristiques courroie et poulies (4)

1. Courroie directement liée à la seconde poulie: Sens de rotation identique, courroie croisée/en 8: Sens inversé
2. L’adhérence de la courroie sur la poulie réalise l’entrainement du système
3. Le mouvement est réversible
4. On peut modifier la vitesse de rotation en utilisant des poulies de diamètres différents

Avantages courroie et poulies (5)

1. Systèmes silencieux
2. Ne requièrent pas de lubrification
3. Permet de transmettre des mouvements très rapides
4. L’élasticité de la courroie permet d’éviter des à-coups (saccades, soubresaults) et de rendre fluide le mouvement de rotation
5. Une courroie peu rigide, utilisée en torsion, permet de relier des poulies qui n’ont pas des axes de rotation parallèles

Inconvénients courroie et poulies (4)

1. La courroie peut glisser des poulies ce qui diminue l’efficacité de la transmission du mouvement
2. Le contact entre les poulies et la courroie doit être exempt de corps gras et d’impuretés
3. La résistance de la courroie est limitée: elle subit une usure normale (la courroie peut se rompre) ou encore peut ne pas être adaptée aux conditions difficiles (Ex: températures élevées)
4. Ce système nécessite une surveillance périodique afin 'd’éviter un bris éventuel de la courroie

L’engrenage

Composé de 2 ouplusieurs roues dentées qui permettent la transmission d’un mouvement de rotation en s’appuyant l’une sur l’autre

Denture

Ensemble des dents d’une roue d’engrenage (droite ou hélicoïdale)

Caractéristiques des engrenages

1. Plusieurs types d’engrenage: la position des roues et leurs dentures permet de faire varier l’orientation et la précision du transmission du mouvement
2. Peut être amorcé par n’importe quelle roue, réversible
3. Le sens de rotation est inversé d’une roue à une autre
4. Possible de modifier la vitesse de rotation

Quel engrenage permet de changer l’axe de rotation?

Engrenage à roues coniques

Types d’engrenage + de dentures

1. Roues droites (droite)
2. Roues droites (hélicoïdal - denture inclinée)
3. Couronne et pignon (droite)
4. Roues coniques (Droite)

Chaîne et roues dentées

Permet la transmission d’un mouvement de rotation entre deux roues dentées ou plus par l’intermédiaire d’une chaîne

Utilisation de la chaîne et des roues dentées

Pièces éloignées

Caractéristiques chaîne et roues dentées

1. Le sens de rotation de la roue d’entrée et de la roue de sortie sont identiques
2. Les mouvements sont réversibles
3. La vitesse de rotation peut être modifiée en changeant le nombre de dents des roues ou leurs diamètres

Avantages chaîne et roues dentées

1. L’utilisation d’une chaîne qui s’emboîte sur les dents des roues empêche tout glissement
2. Ce type de système permet d’appliquer de grandes forces sur la roue motrice pour entraîner le mouvement

Inconvénients chaîne et roues dentées

1. Source de bruit et de vibration
2. Exige une lubrification constante afin d’éviter ‘usure prématurée de la chaîne
3. Tension de la chaîne doit être périodiquement ajustée
4. La vitesse de rotation des roues dentées a une certaine limite, car la chaîne a tendance à dérailler lorsqu’elle n’est pas assez tendue ou lorsque le mécanisme tourne trop vite
5. Les axes des roues doivent être rigoureusement parallèles
6. Les coûts d’installation sont élevés

Roue dentée et vis sans fin

Composé d’une roue dentée et d’une vis comportant un filetage hélicoïdal

Organeq moteur du système de roue dentée et vis sans fiin

Vis sans fin

Caractéristiques de la roue dentés et vis sans fin

1. Un tour complet de la vis sans fin fait tourner la roue dentée d’une seule dent
2. Mouvemet irréversible: le mouvement peut seulement être amorcé par la vis
3. La roue effectuera une rotation perpendiculaire ç celle de la vis sans fin (modification de l’axe de rotation)
4. permet de réduire la vitesse ou augmenter la force dans un objet

Avantages de la roue dentée et de la vis sans fin

1. AUcun glissement n’Est possible
2. On peut réduire la vitesse
3. Il ne se dessrre pas quand on relâche la vis sans fin: il permet de bloquer un serrage
4. ll offre un ajustement très précis

Inconvénients de la roue dentée et la vis sans fin

1. Pour fonctionner, il doit y avoir un ajustemet précis des dents de la roue avec le pas de la vis
2. Il est difficile à construire
3. Peut s’user rapidement

Changement de vitesse

Rapport entre la vitesse de rotation de l’organe moteur et la vitesse de rotation de l’organe récepteur

Roue menante

Roue qui est reliée à l’organe moteur et qui reçoit la force motriice et transmet sa rotation au deuxième élément

Roue menée

Roue qui est reliée à l’organe récepteur et qui est entraînée par la roue menante

Multiplicateur de vitesse

La roue la plus grande est la roue menante

Réducteur de vitesse

La roue la plus petite est la roue menante

Rapport d’engrenage

Ratio qui existe entre les vitesses de rotation de 2 roues dentées

Nbre de dents de la roue menante/Nbre de dents de la roue menée