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L’EAU POTABLE – LA DÉFORESTATION – L’ÉNERGIE – LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES
LA PRODUCTION ALIMENTAIRE - LES MATIÈRES RÉSIDUELLES
CHAPITRE 13L’ingénierie mécanique
1. Qu’est-ce que l’ingénierie mécanique?2. Les liaisons dans les objets techniques
2.1 Les caractéristiques des liaisons2.2 Les degrés de liberté d’une pièce
3. La fonction guidage3.1 Les principaux types de guidage3.2 L’adhérence et le frottement entre les pièces
4. Les systèmes de transmission du mouvement4.1 Les particularités du mouvement dans les systèmes de transmission.4.2 La construction des systèmes de transmission du mouvement4.3 Les changements de vitesse dans les systèmes de transmission du mouvement.
5. Les systèmes de transformation du mouvement5.1 Les particularités du mouvement dans les systèmes de transformation.5.2 La construction des systèmes de transformation du mouvement.
Verdict (Devoir)Diagnostic + Examen
1. Qu’est-ce que l’ingénierie mécanique? (page 426)
L’ingénierie se divise en plusieurs champs de compétences.
DescriptionIngénierie civile Infrastructure telles que les routes, les ponts, les viaducsIngénierie informatique Les systèmes informatiquesIngénierie électrique Les circuits électriquesIngénierie mécanique Les objets dont le fonctionnement implique le mouvement de
certaines pièces.
Qu’est-ce que l’ingénierie mécanique?
L’ingénierie mécanique est une branche de l’ingénierie qui se concentre sur la conception, la production, l’analyse, le fonctionnement et le perfectionnement des objets techniques dans lesquels des pièces sont en mouvement.
L’ingénierie mécanique concerne le :
Tout ce qui concerne le mouvement Son guidage Sa transmission Les changements de vitesse Transformation du mouvement
2. Les liaisons dans les objets techniques (page 427)
Dès qu’un objet technique comporte deux ou plusieurs pièces, il faut trouver des façons de les maintenir ensemble, c’est-à-dire d’assurer leur liaison.Il peut y avoir plus d’une liaison dans un objet technique.
Qu’est-ce qu’une « LIAISON »?
Une liaison permet de maintenir ensemble deux ou plusieurs pièces dans un même objet.
Organes de liaison :
Ex. : clou (pièce), colle (fluide) ils remplissent une fonction mécanique appelée « fonction de liaison »
En mécanique, un « ORGANE » est… Est une pièce ou un fluide qui occupe une fonction mécanique.
La fonction de « LIAISON» est…
Une fonction mécanique assurée par tout organe qui lie ensemble différentes pièces d’un objet technique.
2.1 Les caractéristiques des liaisons (page 427)
Il existe plusieurs façons de lier ensemble des pièces dans un objet technique. Chaque liaison comporte quatre caractéristiques, soit une pour chacune des quatre paires présentées dans le tableau suivant :
Liaison directe Liaison indirecteUne liaison est directe lorsque les pièces tiennent ensemble sans l’intermédiaire d’un organe de liaison
Une liaison est indirecte lorsque les pièces ont besoin d’un organe de liaison pour tenir ensemble.
Liaison rigide Liaison élastiqueUne liaison est rigide lorsque les surfaces des pièces liées ou l’organe de liaison sont rigides.
Une liaison est élastique lorsque les surfaces des pièces liées ou l’organe de liaison sont déformables. Les ressorts et le caoutchouc servent souvent à créer des liaisons élastiques.
Liaison démontable Liaison indémontableUne liaison est démontable lorsque la séparation des pièces de liées n’endommage ni leur surface, ni l’organe de liaison s’il y en a un. Les vis et les écrous sont des exemples d’organes de liaison permettant de créer des liaisons démontables.
Une liaison est indémontable lorsque la séparation des pièces endommage leur surface ou l’organe de liaison.
Liaison totale Liaison partielleUne liaison est totale lorsqu’elle ne permet aucun mouvement indépendant des pièces liées l’une par rapport à l’autre.
Une liaison est partielle lorsqu’elle permet à au moins une pièce de bouger indépendamment par rapport à l’autre.
Exemples :
Liaison entre le pneu et la jante Liaison entre une roue et la lame d’un patin à roulette.
Directe Élastique Démontable Totale
Indirecte Rigide Démontable Partielle
2.2 Les degrés de liberté d’une pièce (page 427)
Dans un objet technique, un liaison a pour effet de restreindre les possibilités de mouvement indépendant d’une pièce par rapport à une autre.
Il existe six posibilités de mouvements indépendants :
Trois en translation Trois en rotation
Par rapport aux trois axes; axe des x, axe des y et axe des z.
Lorsqu’on analyse les possibilités de mouvement indépendants que peut avoir une pièce liée à une autre, on détermine ses degrés de liberté.
Une pièce peut avoir un maximum de six degrés de liberté.
Pour obtenir du savon de ce réservoir, on peut faire tourner le bec versoir et appuyer dessus. Ce bec possède donc deux degrés de liberté, un en translation et un en rotation par rapport à l’axe « y ».
3. La fonction guidage (page 431)
Les DEGRÉS DE LIBERTÉ sont les mouvements possibles pour une pièce dans
un objet technique.
Dans plusieurs objets techniques, certains organes ont pour fonction d’Imposer une trajectoire précise à des pièces mobiles.On dit alors que ces organes assurent la « fonction guidage ».
Qu’est-ce que la fonction guidage?
La fonction de guidage est une fonction mécanique assurée par tout organe qui dirige le mouvement d’une ou de plusieurs pièces mobiles.
Comme dans de nombreux meubles, des glissières permettent aux tiroirs de pouvoir s’ouvrir et se refermer.Les glissières sont des « ORGANES DE GUIDAGE » Qu’est-ce qu’un « ORGANE DE GUIDAGE »?
Un ORGANE DE GUIDAGE est un organe dont la fonction mécanique est la fonction guidage.
Il existe trois principales formes de guidage soit:
Guidage en translation Guidage en rotation Guiage hélicoïdal
3.1 Les principaux types de guidage (page 431)
Qu’est-ce qu’un « GUIDAGE EN TRANSLATION »
Le GUIDAGE EN TRANSLATION assure un mouvement de translation rectiligne à une pièce mobile.
Ex. : Les glissières et les organs comportant des rainures.
Qu’est-ce qu’un « GUIDAGE EN ROTATION »
Le GUIDAGE EN ROTATION assure un mouvement de rotation à une pièce mobile.
Ex. : Les organes de forme cylindrique (le moyeu de la roue d’une bicyclette est guidé en rotation par un essieu fixé à la fourche.
Lorsqu’un guidage oblige, lors d’un mouvement de rotation de la pièce guidée, un mouvement de tanslation selon le même axe, il s’agit dun guidage héliicoïdal.
Qu’est-ce qu’un « GUIDAGE HÉLICOÏDAL »
Le GUIDAGE HÉLICOÎDAL assure un mouvement de tanslation d’une pièce mobile lorsqu’il y a rotation selon le même axe de cette pièce.
Ex. : Les orrganes comportant des filets conviennent particulièrement bien à ce type de guidage.
3.2 L’adhérence et le frottement entre les pièces (page 433)
Qu’est-ce que l’ADHÉRENCE?
L’ADHÉRENCE est un phénomène qui se manifeste lorsque deux surfaces ont tendance à rester accolées, s’opposant ainsi au glissement.
L’intensité de l’adhérence entre deux surfaces dépend principalement de cinq facteurs :
Facteur Exemple1 Nature des matériaux mis en
contactL’adhérence entre le caoutchouc et l’asphalte n’est pas la même que celle entre l’acier et l’asphalte
2 La présence ou non d’un lubrifiant L’adhérence est normalement diminuée en présence d’un lubrifiant. Par exemple, un pneu adhère beaucoup moins à la route s’Il s’y trouve une tache d’huile.
3 La température Plus il fait froid, plus l’adhérence entre deux surfaces tend à diminuer. Ex. Les pneus l’hiver
4 L’état des surfaces mises en contact Plus une surface st rugueuse, plus elle aura tendance à adhérer à une autre surface.
5 La FORCE perpendiculaire exercée par une surface sur l’autre
L’adhérence augmente avec l’accroissement de cette force. Ex. : il est plus difficile de tirer un traîneau chargé qu’un traîneau vide.
Qu’est-ce que le « FROTTEMENT »?
En mécanique, le FROTTEMENT est une force qui s’oppose au glissement d’une pièce mobile sur une autre.
Qu’est-ce que la « FONCTION LUBRIFICATION »?
La FONCTION LUBRIFICATION est la fonction mécanique assurée par tout organe qui permet de réduire le frottement entre deux pièces.
Des exemples de lubrifiants
Forme de lubrifiant ExemplesLiquide Eau, huiles (végétales, animales et
minérales)Semi-Solide Suif, vaseline, graisses animales,
graisses végétales.Solide Graphite, parrafine
4. Les systèmes de transmission du mouvement (page 435)
Il est parfois utile dans certains objets techniques de transmettre le mouvement que possède une pièce vers une ou plusieurs autres pièces.
Les organes qui permettent de transmettre un mouvement d’une partie à une autre remplissent la « fonction mécanique de transmission du MOUVEMENT.
Qu’est-ce que la TRANSMISSION DU MOUVEMENT?
La TRANSMISSION DU MOUVEMENT est une fonction mécanique qui consiste à communiquer un mouvement d’une pièce à une autre sans en modifier la nature.
Ex. : la bicyclette :
Le mouvement de rotation que donnent les jambes au pédalier est transféré à la roue arrière par un ensemble de trois organes : une roue dentée liée au pédalier, une roue dentée liée à la roue arrière et une chaîne. Puisque ces trois organes remplissent la même fonction, c'est-à-dire la « TRANSMISSION DU MOUVEMENT », on considère qu’il forme un « SYSTÈME DE TRANSMISSION DU MOUVEMENT »
Qu’est-ce qu’un « SYSTÈME DE TRANSMISSION DU MOUVEMENT »?
Un SYSTÈME DE TRANSMISSION DU MOUVEMENT est un ensemble d’organes qui remplissent la fonction de transmission du mouvement.
Tout système en mécanique comporte un « ORGANE MOTEUR » et au moins un «ORGANE MENÉ ». Certains systèmes comportent un organe intermédiaire. Dans la bicyclette, c’est la chaîne.
Complète le tableau suivant :
Type d’organe DescriptionOrgane moteur
Organe qui reçoit la ______FORCE___nécessaire pour actionner le système.
Organe menéOrgane qui reçoit le ___MOUVEMENT_______ et le ______TRANSFÈRE_________ à une autre pièce.
Organe intermédiaireOrgane situé entre l’organe _____MOTEUR________ et l’organe ________MENÉ_________. On ne rencontre pas d’organe intermédiaire dans tous les systèmes.
4.1 Les particularités du mouvement dans les systèmes de transmission. (page 436)
En ingénierie mécanique, il arrive que des systèmes de transmission du mouvement soient utilisés dans les objets techniques. Les plus souvent rencontrés sont :
Systèmes
Tous ces systèmes permettent la transmission du mouvement de rotation. Par contre certaines particularités les distinguent.
Le sens de rotation des divers organes est parfois identique dans le système. Le sens de rotation et parfois différent.
Voici les deux sens de rotation possible.
De plus la réversibilité du système n’est pas toujours possible. En ingénierie mécanique, un système est dit réversible lorsqu’il est possible pour un organe mené de devenir un organe moteur et vice-versa.
Dans le tableau précédent, seul le « SYSTÈME À ROUE DENTÉE ET À VIS SANS FIN » n’est pas réversible.
4.2 La construction des systèmes de transmission du mouvement. (page 438) Voici les principaux éléments dont les ingénieurs doivent tenir compte lors de leur conception.
LES SYSTÈMES À ROUES DENTÉES
Puisqu’un système à roues dentées est uniquement composé de roues dentées, ce système est aussi souvent appelé « SYSTÈME À ROUES D’ENGRENAGE ».
Les éléments qu’il faut tenir compte lors de la construction des systèmes à roues dentées:
Figure13.23
Figure 13.24
LES SYSTÈMES À CHAÎNE ET À ROUES DENTÉES
Les systèmes à chaîne et à roues dentées sont aussi composés d’au moins deux roues dentées. Par contre, elles ne se croisent pas. Elles sont plutôt reliées par une chaîne. On utilise ce système pour transmettre le mouvement entre deux ou plusieurs pièces éloignées les unes des autres.
Les éléments qu’il faut tenir compte lors de la construction des systèmes à chaîne et à roues dentées:
Élément
Description
A Les dents sur les différentes roues du système doivent être identiques
B Les maillons de la chaîne doivent pouvoir s’engrener facilement sur les dents des roues.
C Il faut souvent lubrifier ce système, pour éviter que les dents et la chaîne ne s’usent trop rapidement.
D Plus une roue est petite, plus elle tourne rapidement
LES SYSTÈMES À ROUE DENTÉE ET À VIS SANS FIN
Ex. :
Il faut tenir compte de certains éléments lors de la construction :
Élément
Description
A Le sillon de la vis doit permettre aux dents de la roue de s’y engrener.
B L’organe moteur (celui sur lequel la force est appliquée) doit être la vis sans fin.
LES SYSTÈMES À ROUES DE FRICTION
Les systèmes à roues de friction se comparent au système à roues dentées, sauf que les roues n’ont pas de dent.
On utilise ce système lorsqu’on désire transmettre un mouvement de rotation entre deux ou plusieurs pièces rapprochées.
Ce système est facile à construire, mais moins performant car il y a possibilité de glissement entre les roues.
LES SYSTÈMES À COURROIE ET À POULIES
Les systèmes à courroie et à poulies se comparent aux systèmes à chaîne et à roues dentées. Cependant les roues qui prennent le nom de poulie n’ont pas de dents et sont reliées par une courroie plutôt que par une chaîne.
Les principaux éléments dont il faut tenir compte lors de sa construction.
Élément
Description
A Les poulies doivent présenter une partie creuse permettant à la courroie de s’y insérer. La partie creuse doit être lisse pour ne pas endommager la courroie.
B La courroie doit adhérer aux poulies, pour éviter au maximum le glissement.
C Plus une poulie est petite, plus elle tourne rapidement.
4.3 Les changements de vitesse dans les systèmes de transmission du mouvement. (page 442)
Les systèmes que nous venons d’étudier permettent de communiquer un mouvement d’un organe moteur vers un ou plusieurs organes menés sans en changer la nature. Par contre, il est possible de faire varier la vitesse du mouvement lors de sa transmission.
Définition :
Il y a un CHANGEMENT DE VITESSE dans un système de transmission du mouvement lorsque :
L’organe moteur ne tourne pas à la même vitesse que le ou les organes menés.
LES CHANGEMENTS DE VITESSE DANS UN SYSTÈME À ROUE DENTÉE ET À VIS SANS FIN
Ex. :
Pour chaque tour complet de la vis sans fin, la roue dentée ne se déplace que d’une distance équivalente à la largeur d’une dent. Ainsi plus le nombre de dents est grand sur la roue dentée, plus la diminution de vitesse est importante.
LES CHANGEMENTS DE VITESSE DANS LES AUTRES SYSTÈMES DE TRANSMISSION DU MOUVEMENT
Il y a changement de vitesse lorsque le diamètre des roues n’est pas le même. Les changements de vitesse dépendent du nombre de dents sur les roues dentées.
Ex. : Comment changer la vitesse de rotation ;
Souvent, il est utile de connaître dans quel rapport la vitesse est augmentée ou diminuée dans un système de transmission du mouvement. Pour y arriver, il faut calculer le rapport entre le diamètre des roues ou leur nombre de dents.
5. Les systèmes de transformation du mouvement (page 445)
Dans plusieurs objets techniques, il est souvent utile de transférer un mouvement tout en modifiant sa nature.
Qu’est-ce qu’une « TRASFORMATION DU MOUVEMENT» ?
La TRANSFORMATION DU MOUVEMENT est une fonction mécanique qui consiste à communiquer un mouvement d’une pièce à une autre tout en modifiant sa nature.
5.1 Les particularités du mouvement dans les systèmes de transformation (page 446)
Voici les principaux « systèmes de transformation du mouvement ».
Lorsqu’un système de transformation du mouvement peut être utilisé autant pour transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation que l’inverse, il est alors réversible.
5.2 La construction des systèmes de transformation du mouvement (page 447)
Pour construire les systèmes de transformation du mouvement, les ingénieurs doivent tenir compte de divers facteurs, selon le système.
LES SYSTÈMES À PIGNON ET À CRÉMAILLÈRE
Les systèmes à crémaillère comportent au moins une roue dentée appelée « pignon » et une tige dentée qu’on appelle « crémaillère ».
Voici les principaux éléments dont il faut tenir compte lors de la construction d’un système à pignon et à crémaillère.
Élément
Description
A Les dents du pignon et de la crémaillère doivent être identiques
B Il faut souvent lubrifier ce système pour éviter qu’il ne s’use.
C Plus un pignon a un nombre de dents élevé, moins grande sera sa vitesse de rotation.
LES SYSTÈMES À VIS ET À ÉCROU
Il existe deux types de systèmes à vis et à écrou :
Premier type C’est la vis qui est l’organe moteur et son mouvement de rotation est transformé en mouvement de translation de l’écrou.Ex. les crics servant à soulever les voitures.
Deuxième type C’est un écrou qui est l’organe moteur, et son mouvement de rotation est transformé en mouvement de translation de la vis.Ex. : les clefs à tuyau.
Voici les principaux éléments dont il faut tenir compte lors de la construction d’un système à vis et à écrou
Élément
Description
A Dans le premier type, l’écrou doit être lié à la vis de façon à ce qu’il ne puisse pas y avoir de mouvement de rotation possible.
B Dans les deux types, les filets de la vis et de l’écrou doivent être semblables.
C Dans le second type, l’écrou doit être fixé de façon à ce que son seul mouvement possible soit la rotation.
LES SYSTÈMES À CAME ET À TIGE-POUSSOIR, ET LES EXCENTRIQUES
Les systèmes à came et à tige-poussoir servent à transformer le mouvement de rotation d’une came en un mouvement de translation alternatif d’une tige.
Ex. : les machines à coudre, moteur d’automobile
Voici les principaux éléments dont il faut tenir compte lors de la construction d’un système à came et à tige-poussoir.
Élément
Description
A La tige doit être guidée en translation.B C’est la forme de la came qui détermine la façon dont
se déplace la tige.C Il faut généralement un dispositif, tel un ressort de
rappel, pour permettre à la tige de s’appuyer continuellement sur la came.
Voici différent cames :
Comme le montre la figure, l’axe de rotation des cames est placé en son centre, tandis que celui des « excentriques » n’est pas placé en son centre.
LES SYSTÈMES À BIELLE ET À MANIVELLE
Les systèmes à bielle et à manivelle sont utilisés dans les moteurs à combustion interne pour transformer le mouvement de translation du piston en un mouvement de rotation du vilebrequin, entraînant la rotation des roues.
Voici les principaux éléments dont il faut tenir compte lors de la construction d’un système à bielle et à manivelle.
Élément
Description
A La bielle comporte deux bagues pour se lier à la manivelle et au piston.
B La pièce qui a un mouvement de translation doit être guidée par un coulisseau.
C Il faut généralement bien lubrifier ce système.
DENIS BOUCHARD LALALALALALALALALALALALALALALALALALALALAL
