1. Analyse fonctionnelle
Fonction de service :
Transformer le mouvement de rotation continue fourni par l'organe moteur en mouvement de translation alternée transmis à l'organe récepteur.
ou / et (sous certaines conditions)
Fonction de service :
Transformer le mouvement de translation alternée fourni par l'organe moteur en mouvement de rotation continue transmis à l'organe récepteur.
2. Analyse temporelle
2.1 Organisation structurelle et Schématisation
Le système est composé de trois éléments:
- la Manivelle - la Bielle
- le Coulisseau ou la Coulisse La Bielle possède:
C.F.
- une Tête reliant la bielle à la manivelle - un Pied reliant la bielle au coulisseau En général, on trouve en:
- O une liaison Pivot - T une liaison Pivot - P une liaison Pivot
Cette configuration peut être modifiée suivant la nature du guidage du coulisseau par rapport au bâti (cas du schéma ci-dessus:
pivot glissant).
2.2 Etude cinématique
La manivelle est animée d’un mouvement de rotation continue.
Le coulisseau est animé d’un mouvement de translation rectiligne alternée.
La course du pied de bielle P est égale au double du rayon OT défini par la manivelle.
Le mouvement est symétrique d’amplitude sensiblement sinusoïdale.
Les courbes espace/temps, vitesse/temps, et accélération/temps sont définies comme suit :
ESPACES VITESSES ACCELERATIONS
Interprétation des courbes:
En A, la courbe des espaces s’infléchit (point M), la vitesse passe donc par un extremum (point N) et l’accélération est nulle (point A).
En B, la courbe des espaces passe par un extremum (point B), la vitesse est donc nulle (point B) et l’accélération est maximale (point P).
3. Analyse matérielle
3.1 Résistance mécanique, rigidité et légèreté
La bielle et la manivelle subissent des efforts très importants et variables en sens et en intensité soumettant ces éléments à des contraintes de traction-compression et de flexion. Les phénomènes de fatigue apparaissent rapidement. Les effets d’inertie(flexion de l’arbre, vibrations, torsion,...) sont à prendre en considération dès que la vitesse de rotation est élevée
(équilibrage par contrepoids).
Un choix judicieux du matériau et de la section des composants permet de résoudre la majorité de ces problèmes:
Matériau Section
Bielle C 35, XC 35, 35 CD 4, ... Simple ou en I
Manivelle Acier forgé ou estampé Rectangulaire ou en U
C.F.
3.2 Assemblage des composants
Entre eux :
La bielle doit être articulée sur la manivelle par un assemblage cylindrique généralement en
porte à faux (sauf pour un vilebrequin)
Par rapport au milieu extérieur:
La bielle oscille autour d’un point fixe du coulisseau, de la coulisse ou du piston. L’oscillation est de faible amplitude. La manivelle effectue une rotation complète autour d’un point fixe solidaire du bâti. Les guidages en rotation seront donc de nature différente.
3.3 Réduction des frottements Elle s’obtient :
3.4 Rendement
Le rendement demeure faible et avoisine les 40%.
La cinématique du système et les frottements sont responsables des principales pertes.
3.5 Réversibilité
Sous réserve de franchir les points Point mort Haut Point mort Bas morts Hauts et Bas, et de vaincre
les frottements du coulisseau par
usage de masse d’équilibrage, le système bielle-manivelle peut être réversible.
C.F.
- par une lubrification continue et automatique
- par le choix des matériaux de contact (coussinet en bronze ou matériau antifriction)
- par substitution du frottement de glissement par du frottement de roulement
Masse
d’équilibrage 3.6 Exemples d'applications
Compresseur Moteur thermique
(Rotation continue de la manivelle -> (Translation alternée du piston
Translation alternée du piston) Rotation continue du vilebrequin)
