Cet article explique ce que sont les systèmes mécaniques. Ainsi, vous trouverez la signification de système mécanique, des exemples de systèmes mécaniques et quels sont les différents types de systèmes mécaniques.
Qu'est-ce qu'un système mécanique ?
Un système mécanique est un ensemble d'éléments mécaniques qui fonctionnent de manière coordonnée pour transformer ou transmettre un mouvement ou une force.
Autrement dit, un système mécanique sert à augmenter ou réduire un mouvement ou à augmenter ou réduire une force. Les systèmes mécaniques sont donc très utiles pour l’homme, car ils nous permettent d’exercer une force importante ou de générer un mouvement qui nécessite beaucoup de force de manière confortable.
L’une des caractéristiques des systèmes mécaniques est qu’ils peuvent être facilement combinés avec d’autres types de systèmes. Par exemple, un système mécanique est généralement connecté à un système électrique pour produire le mouvement d’un moteur électrique.
Les systèmes mécaniques sont constitués de différentes pièces solides. Ainsi, chaque pièce effectue un mouvement sous l'effet d'une force, de sorte que toutes les pièces se combinent pour que le système mécanique réalise une fonction spécifique.
Exemples de systèmes mécaniques
Une fois que nous avons vu la définition d'un système mécanique, plusieurs exemples de systèmes mécaniques sont présentés ci-dessous pour mieux comprendre le concept.
- Système bielle-manivelle : système mécanique qui sert à transformer un mouvement linéaire en mouvement circulaire et vice versa.
- Système Cam-Follower : système mécanique qui permet de convertir un mouvement rotatif en un mouvement linéaire oscillatoire.
- Système à vis sans fin : système mécanique utilisé pour transmettre un mouvement de rotation entre deux axes perpendiculaires.
- Système pignon-crémaillère : système mécanique réversible qui permet de passer d'un mouvement circulaire à un mouvement linéaire.
- Système d'engrenage : système mécanique qui sert à transmettre un mouvement circulaire d'un engrenage à un autre engrenage.
- Système de poulies : système mécanique formé par un ensemble de poulies qui se combinent efficacement pour que la force nécessaire pour soulever une charge soit moindre.
Parties d'un système mécanique
Un système mécanique est composé des pièces ou éléments suivants :
- Bloc d'entraînement (ou bloc d'entrée) : C'est la partie du système mécanique qui reçoit la force motrice et initie donc le mouvement de l'ensemble du système. Typiquement, ce composant du système mécanique est relié à un moteur électrique, de sorte que le moteur assure le mouvement initial du système mécanique.
- Bloc émetteur : c'est la partie du système mécanique qui reçoit le mouvement du bloc moteur et le transforme. De même, il est chargé de transmettre le mouvement au bloc de sortie.
- Bloc de réception (ou bloc de sortie) : C'est la partie du système mécanique qui reçoit le mouvement et la force du bloc de transmission et est responsable de l'application du travail mécanique de sortie. Par conséquent, ce composant ou ensemble d’éléments remplit la fonction principale du système mécanique.
Si l'on analyse l'exemple du système mécanique du vélo, les pédales sont le bloc moteur qui reçoit la force exercée par les jambes. Par la suite, les pédales transmettent le mouvement de rotation au mécanisme du vélo, qui est le bloc de transmission. Enfin, le mécanisme augmente la valeur de la force et la transmet aux roues, qui sont le bloc de sortie, et par conséquent le vélo avance.
Types de systèmes mécaniques
Les systèmes mécaniques peuvent être classés dans les types suivants selon leur fonction :
- Système mécanique de transmission linéaire – Un type de système mécanique qui transmet un mouvement linéaire. Généralement, ces types de systèmes mécaniques sont utilisés pour augmenter ou réduire la force d'entrée.
- Système mécanique à transmission circulaire : type de système mécanique qui transmet un mouvement circulaire. Ces systèmes mécaniques sont utilisés pour augmenter ou réduire la vitesse de rotation d'un arbre.
- Système de transformation de mouvement mécanique : type de système mécanique qui transforme le mouvement d'entrée en un autre type de mouvement. Ces types de systèmes mécaniques sont très utiles car ils permettent de passer du mouvement circulaire au mouvement linéaire ou inversement.
Avantage mécanique d'un système mécanique
L'avantage mécanique est une mesure qui indique le facteur par lequel la force appliquée à un système mécanique est multipliée. Autrement dit, l'avantage mécanique est un paramètre caractéristique d'un système mécanique qui exprime le degré d'amplification d'une force à l'aide dudit système.
La formule pour calculer l’avantage mécanique d’un système mécanique est la suivante :
L'avantage mécanique d'un système mécanique peut également être calculé en divisant la vitesse de la force appliquée par la vitesse à laquelle la charge se déplace. De même, cette expression équivaut également au déplacement du point de la force appliquée divisé par le déplacement de la charge :
Où:
-
est l'avantage mécanique. -
est la force de sortie. -
est la force d'entrée. -
est la vitesse d'entrée. -
est la vitesse de sortie. -
est la distance parcourue par l'entrée. -
est la distance parcourue par la sortie.
En revanche, si l'on veut transmettre un moment au lieu d'une force, l'avantage mécanique est calculé en divisant le moment de sortie par le moment d'entrée. Par exemple, l'avantage mécanique des systèmes d'engrenages est mesuré par le rapport du moment transmis.
Où:
- est l'avantage mécanique.
-
est l'heure de sortie. -
est l'heure d'entrée. -
est la vitesse angulaire d'entrée. -
est la vitesse angulaire de sortie.
Ensuite, de la formule de l’avantage mécanique, les relations suivantes peuvent être déduites :
- VM>1 : La force de sortie est supérieure à la force appliquée, donc le système mécanique augmente l'amplitude de la force. En revanche, la distance parcourue par la charge est inférieure à la distance parcourue par le point où la force est appliquée.
- VM<1 : La force de sortie est inférieure à la force appliquée, le système mécanique réduit donc la valeur de la force. Cependant, on obtient un déplacement de charge supérieur au déplacement effectué au point d'application de la force.
- VM=1 : la force de sortie du système mécanique est égale à la force exercée sur celui-ci. Les déplacements de la charge et le point d'application de la force sont également identiques. Bien que ces types de systèmes mécaniques ne présentent aucun avantage mécanique, ils sont souvent utilisés pour exercer une force plus confortablement.