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.
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.
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.
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.