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MACHINE SIMPLE
On désignera par machine simple (exemple : poulie, treuil, levier) un appareil destiné à transformer un mouvement en modifiant la direction ou l’intensité de la force, en modifiant le déplacement.
Un mécanisme est une combinaison de pièces mécaniques (roues dentées, poulies, bielle...) disposées de façon à obtenir un mouvement ou un fonctionnement spécifique.
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LES MOUVEMENTS
1 - Les différents types de mouvements
- mouvement de translation :
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- translation rectiligne : une fenêtre coulissante, le casier d’une boîte d’allumette, une marchandise posée sur le tapis roulant de la caisse du supermarché ;
- translation curviligne : les casiers d’une caisse à outils, un téléphérique suspendu à un câble, les nacelles du manège de la grande roue...
- mouvement de rotation :
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- rotation autour d’un axe : les aiguilles d’une pendule, un bouton que l’on tourne sur un appareil électrique, une porte en rotation autour de l’axe des gongs, les roues libes d’un caddie de supermarché...
- un arbre (l’axe et rendu solidaire de la pièce en rotation) : le treuil d’un puits.
- rotation autour d’un point : l’aiguille d’une boussole qi repose sur un pivot, un objet posé en équilibre sur un doigt.
- mouvement hélicoïdal : le siège d’un tabouret à vis peut monter ou descendre en le faisant tourner, une vis que l’on visse avec un tournevis, un écrou qui se déplace sur un boulon...
2 - Caractéristiques des mouvements
- Un mouvement est décrit par sa trajectoire et par sa vitesse.
- Il a une direction et un sens.
- Il peut être continu (même sens) : les aiguilles d’une montre, la chute libe d’un objet sans vitesse initiale.
- Il peut être alternatif (va-et-vient) : les essuie-glaces d’une voiture, les chevaux qui montent et descendent dans un manège...
– Pour provoquer un mouvement, il faut utiliser une source d’énergie (muscles, piles, ressorts...) qui transforme l’énergie sous différentes formes.
3 - Guidage et Jeu de fonctionnement
– Pour qu’une pièce effectue son mouvement dans les meilleures conditions, il faut assurer la fonction technique de guidage.
– Un guidage en rotation doit éviter toute translation. Un guidage en translation doit empêcher toute rotation.
– Afin qu’il n’y ait pas une adhérence trop forte entre les surfaces fonctionnelles et qu’on ne soit pas obligé de fournir un effort trop important pour compenser les frottements trop grands, il est nécessaire de prévoir un petit espace entre les pièces assemblées, appelé jeu de fonctionnement.
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TRANSMISSIONS ET TRANSFORMATIONS
1 - Classification des transmissions
Mouvements de mêmes types en entrée et en sortie
| Mouvement | Mécanismes | Caractéristiques | Réversibilité | Exemples |
|---|---|---|---|---|
| translation -> translation | poulie simple | force d’entrée = force de sortie et déplacement entrée = déplacement sortie | oui | appareil de levage, grue |
| translation -> translation | poulie fixe et poulie mobile portant la charge | force entrée < force sortie et déplacement entrée > déplacement sortie | oui | appareil levage, grue |
| translation -> translation | palan | force entrée < force sortie et déplacement entrée > déplacement sortie | oui | appareil levage, grue |
| Mouvement | Mécanismes | Caractéristiques | Réversibilité | Exemples |
|---|---|---|---|---|
| rotation -> rotation | roues de friction | sens de rotation inverses et la plus petite roue tourne plus vite que la grande | oui | galet de l’alternateur et jante du vélo |
| rotation -> rotation | engrenages | - axes de rotation parallèles ou perpendiculaires - sens de rotation inverses si le nombre de roues dentées est pair - même sens de rotation si le nombre de roues dentées est impair et la plus petite roue dentée tourne plus vite que la grande (pour deux roues dentées) | oui | batteur mécanique, essoreuse à salade, appareils de levage, appareil à treuil sur une dépanneuse |
| rotation -> rotation | poulies et courroie | - sens de rotation inverses si la courroie est croisée - même sens de rotation si la courroie est droite et la plus petite poulie tourne plus vite que la grande | oui | téléski, magnétoscope, imprimante, machine à coudre |
| rotation -> rotation | roue dentée et chaîne | même sens de rotation et la plus petite roue dentée tourne plus vite que la grande | oui | bicyclette, la grande roue dentée est appelée le plateau et la petite est le pignon |
| rotation -> rotation | vis sans fin et roue dentée | axes de rotation perpendiculaires et la vitesse de sortie < vitesse entrée (1 tour de vis fait tourner la roue dentée d’une seule dent) | non, vis sans fin en entrée | batteur électrique, barrière automatique, boîte à musique |
| rotation -> rotation | cardan | axes de rotation de directions différentes <90° et mêmes vitesses de rotation | oui | commande de volet roulant, planche à voile, voiture |
Mouvements de types différents en entrée et en sortie
| Mouvement | Mécanismes | Réversibilité | Exemples |
|---|---|---|---|
| rotation -> translation | roue dentée - crémaillère | oui | cuillère à glace, tire-bouchon à bras, portail électrique coulissant, microscope, presse-orange à levier |
| rotation -> translation | treuil | pour un seul sens | appareil de levage, treuil du puits |
| rotation -> translation | bielle-manivelle | oui | machine à coudre, machine à vapeur, moteur à explosion, rouet |
| rotation -> translation | vis sans fin crémaillère | non | étau, clef à molette |
| rotation -> translation | vis écrou | non | serre-joint, cric, presse, casse-noix à vis |
| rotation -> translation alternative ou rotation | came ou excentrique | non | machine à coudre, certains jouets, automates, arbre à cames maillets d’un moulin |
2 - Chaîne de transmission de mouvements
La question : comment fonctionne l’objet ? amène à répondre avec des phrases exprimées à l’oral ou à l’écrit.
– On peut aussi transcrire l’ensemble du mécanisme sous une forme plus schématique : la chaîne de transmission de mouvements.
– Celle-ci doit permettre de situer chronologiquement l’enchaînement de tous les mouvements contribuant à la transmission ou à la transformation du mouvement de l’entrée à la sortie du système.
Exemple : considérons la cuillère à glace.
– L’utilisateur en resserrant les poignées (bras de levier) entraîne dans un mouvement de translation la crémaillère solidaire des bras de levier.
– Celle-ci entraîne, dans un mouvement de rotation, la petite roue dentée solidaire d’un axe qui à, son extrémité supérieure, va actionner le racloir afin de détacher la boule de glace de la cuillère.
CHAÎNE DE TRANSMISSION
rotation des poignées -> translation de la crémaillère -> rotation de la roue dentée -> rotation du racloir
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