Un moteur fait tourner un arbre, mais la machine a souvent besoin d'un mouvement en ligne droite : faire monter une charge, descendre une broche, pousser un piston. L'Exetat demande quel mécanisme fait quelle transformation, et la course d'un système bielle-manivelle.
L'essentiel
- Toute la question se résume à deux mots : la translation de sortie est-elle CONTINUE (toujours dans le même sens tant qu'on tourne dans le même sens) ou ALTERNATIVE (aller-retour) ?
- Rotation continue → translation continue : le treuil (un tambour qui enroule un câble), le pignon-crémaillère (un pignon qui fait avancer une barre dentée, comme la broche d'une perceuse à colonne), le système vis-écrou (comme un étau).
- Rotation continue → translation alternative : le système bielle-manivelle, l'excentrique (un disque qui tourne autour d'un axe décalé de son centre) et la came (une pièce de forme qui pousse un poussoir, comme pour les soupapes d'un moteur).
- Rotation → rotation, sans transformation : poulies et courroie, engrenages, joint de cardan, joint d'Oldham.
- Bielle-manivelle : la manivelle tourne en continu ; la bielle relie son maneton (le bouton excentré) à une pièce guidée en ligne droite, le piston. En un tour, le piston fait un aller et un retour. C'est le mécanisme du moteur à pistons (utilisé en sens inverse : translation → rotation) et des pompes et compresseurs.
- Course du piston : entre ses deux positions extrêmes (points morts haut et bas), le maneton parcourt un diamètre de son cercle. Course = 2 × rayon de manivelle. La longueur de la bielle n'intervient pas.
- Pignon-crémaillère : à chaque tour, la crémaillère avance de la circonférence primitive du pignon, π × d. Vis-écrou : à chaque tour, l'écrou avance d'un pas.
Les formules
- Course du système bielle-manivelle
- course = 2 × R
- R : rayon de manivelle
- Avance du pignon-crémaillère
- avance par tour = π × d
- d : diamètre primitif du pignon
- Avance de la vis-écrou
- avance = nombre de tours × pas
- filet simple
La méthode
- 1Repère le mouvement d'entrée (presque toujours une rotation continue) et celui de sortie.
- 2Si la sortie est une rotation : poulies, engrenages, cardan.
- 3Si la sortie est une translation continue : treuil, pignon-crémaillère, vis-écrou.
- 4Si la sortie est un aller-retour : bielle-manivelle, excentrique, came.
- 5Pour la course d'un piston, double le rayon de la manivelle ; ignore la longueur de la bielle.
Un exemple résolu
Un compresseur est entraîné par un système bielle-manivelle : rayon de manivelle 40 mm, bielle de 160 mm. Quel type de mouvement obtient-on au piston, et quelle est sa course ?
- 1.La manivelle tourne en continu ; le piston, guidé dans son cylindre, fait un aller pendant un demi-tour et un retour pendant l'autre demi-tour : la translation est alternative.
- 2.Au point mort haut, le maneton est du côté du piston ; au point mort bas, il est du côté opposé.
- 3.Entre ces deux positions, il s'est déplacé d'un diamètre de son cercle : 2 × 40 = 80 mm.
- 4.La bielle, de longueur fixe, reporte ce déplacement sur le piston : la course vaut 80 mm. Les 160 mm de la bielle ne changent pas la course.
Réponse : Une translation alternative, de course 80 mm.
Les pièges à éviter
- Classer le pignon-crémaillère parmi les mouvements alternatifs : tant que le pignon tourne dans le même sens, la crémaillère avance dans le même sens.
- Calculer la course avec la bielle (40 + 160 ou 2 × 160) : course = 2 × rayon de manivelle seulement.
- Confondre excentrique (alternatif) et treuil (continu).
- Croire que la courroie ou le cardan transforment le mouvement : ils transmettent une rotation en rotation.
À retenir
Continu : treuil, pignon-crémaillère, vis-écrou ; alternatif : bielle-manivelle, excentrique, came ; course = 2 × rayon de manivelle.