Cet article explique ce qu'est le mécanisme bielle-manivelle et à quoi il sert. De plus, les différentes pièces qui composent le mécanisme bielle-manivelle et la formule de ce mécanisme sont présentées.
Qu'est-ce que le mécanisme bielle-manivelle ?
Le mécanisme bielle-manivelle est un mécanisme qui sert à transformer un mouvement circulaire en mouvement de translation, ou inversement. C'est-à-dire que le mécanisme bielle-manivelle permet de convertir un mouvement rotatif en un mouvement linéaire alternatif, et vice versa.
Principalement, le mécanisme bielle-manivelle est composé de la bielle et de la manivelle . Ainsi les deux pièces mécaniques se combinent pour passer d'un mouvement de rotation à un mouvement rectiligne oscillatoire.
![mécanisme bielle-manivelle](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/mecanisme-de-connexion-manivelle.gif)
Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, la barre grise (manivelle) effectue un mouvement de rotation, tandis que l'extrémité droite de la barre verte (manivelle) effectue un mouvement linéaire. Ainsi, le mécanisme bielle-manivelle permet de passer d'un mouvement de rotation à un mouvement rectiligne.
Le système bielle-manivelle n’est pas une invention récente, mais était déjà utilisé dans l’Empire romain. Cependant, bien qu'il semble s'agir d'un type de mécanisme très simple, il a de nombreuses applications en ingénierie, par exemple, les moteurs à combustion interne des automobiles utilisent ce mécanisme.
Éléments du mécanisme bielle-manivelle
Principalement, le mécanisme bielle-manivelle comporte les éléments suivants :
- Manivelle : C'est une barre rigide dont une extrémité est attachée au mouvement de rotation et l'autre extrémité est attachée à la bielle.
- Bielle : c'est l'élément du mécanisme qui se charge de transformer le mouvement de rotation de la manivelle en un mouvement linéaire.
- Guide : limite le mouvement du piston et de la bielle, de cette manière le mouvement du piston est linéaire.
- Plongeur (ou piston) : partie du mécanisme bielle-manivelle qui effectue un mouvement rectiligne oscillatoire, c'est-à-dire qu'il se déplace alternativement vers l'avant et vers l'arrière.
![éléments du mécanisme bielle-manivelle](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/elements-mecanisme-bielle-manivelle.png)
Formule du mécanisme bielle-manivelle
Une fois que nous aurons vu la définition du mécanisme bielle-manivelle et ses composants, nous allons voir quelle est la formule mathématique qui permet d'étudier le mouvement de ce mécanisme.
Pour trouver l’équation du mécanisme bielle-manivelle, les paramètres représentés dans le schéma cinématique suivant du mécanisme seront utilisés.
![dessin du mécanisme bielle-manivelle](https://physigeek.com/wp-content/uploads/2023/09/dessin-du-mecanisme-de-manivelle-de-bielle.png)
En prenant comme référence l'extrémité fixe de la manivelle, la position de l'extrémité de la manivelle (x) est égale à la projection horizontale de la manivelle plus la projection horizontale de la manivelle. Par conséquent, la formule du mécanisme bielle-manivelle est la suivante :
Toutefois, la formule de ce type de mécanisme peut être simplifiée. Car si l'on considère que la longueur de la bielle est bien supérieure à la longueur de la manivelle (l>>r), alors l'expression est la suivante :
Exemples d'applications du mécanisme bielle-manivelle
Enfin, nous verrons quelques-unes des applications les plus courantes du système bielle-manivelle.
- Moteur à pistons : les moteurs à combustion interne sont sûrement l’application la plus répandue du mécanisme bielle-manivelle. La fonction de ce mécanisme est de transformer l'énergie générée lors de l'explosion du carburant en mouvement circulaire du vilebrequin. Les voitures non électriques utilisent ce type de moteur.
- Pompes hydrostatiques : le vilebrequin entraîne le système bielle-manivelle et le piston entraîne le fluide de la pompe.
- Machine à coudre : le fonctionnement de ce type de machine repose sur le mécanisme bielle-manivelle.
- Jouets automatisés : La plupart des jouets dotés de mouvements automatiques utilisent également le mécanisme à manivelle pour fonctionner.