SIGNIFICATION CINÉMATIQUE DE L'OUTIL

Dans les exemples que nous venons de citer, la pièce d'oeuvre ne fi^re que comme élément de couples d'emboîtement ou de couples inférieui^; mais c'est là un fait purement accidentel, qui tient à la nature des machines choisies comme exemples. Il existe, en eflet, d'autres machines dans lesquelles elle se trouve faire partie de couples supérieurs ou de formes-enveloppes plus générales. Dans les laminoirs, par exemple, la pièce d'œuvre est accouplée avec les deux cylindres, pour former le couple supérieur R"^,?"*", et constitue un membre complet de chaîne. Dans la machine à carder la laine, les crochets, disposés régulièrement sur les tambours, obligent les fibres de laine, qui sont entremêlées et embrouillées, à prendre la forme-enveloppe correspondant à leur mouvement, c'est-à-dire à se disposer en lignes parallèles. Dans les moulins, les meules forment, avec chaque grain, un accouplement supérieur très-compliqué, dans lequel la force de clôture joue un rôle assez important.

En définitive, de notre analyse nous arrivons à déduire la loi sui-* vante : Dans les machines de transformation, la pièce éC œuvre se présente comme une partie d'un membre de chaîne ou comme un membre complet; elle forme avec V outil un accouplement ou un enchaînement cinématique^ dans lequel, en raison de la disposition donnée à la matière constituant cet outil, sa forme primitive se trouve

remplacée par la forme-enveloppe correspondant à ce mode de liaison.

Cette loi est exempte de toutes les obscurités qu'on rencontre, à chaque instant, dans l'ancien mode de conception de la machine. Nous constatons, en premier lieu, que la chaîne cinématique de la machine n'est point interrompue au point où travaille l'outil et qu'elle conserve, au contraire, en ce point, son allure normale. La chaîne ne finit donc pas là où s'opère le travail; seulement il y a là, relativement au but que doit remplir la machine, un point d'une importance spéciale, un point saillant (51). En second lieu, nous trouvons également ici la réponse aux nombreuses questions posées dans le g 129. Ainsi, par exemple, le fil, dans la machine à filer, est nécessairement organe de transmission des forces, comme membre delà chaîne cinématique. La broche, à la partie supérieure de laquelle ce fil s'enroule, pour se dérouler immédiatement après, forme en ce point un accouplement supérieur et agit comme outil. Les différentes fibres du fil agissent, d'ailleurs, également comme outils, les unes par rapport aux autres. Pour plus de simplicité, considërohs seulement deux de ces fibres tendues entre la pointe de la

IIBUI.EAVX, CIKtoATIQCE ^

broche P cl le banc à étirer B; après une rotation d*un demi- tour de la broche, ou de 1 80"*, deux fibres se trouvent simplement croisées;

mais, pour une rotation plus prolongée, ces dçux fibres s'enroulent en spirale, Tune sur l'autre, et chacune d'elles est alors l'outil par

rapport à l'autre. La forme hélicoïdale de chaque fibre constitue sa forme-enveloppe relativement à la seconde. Nous voyons ici que l'outil n'est pas nécessairement formé d'une matière plus dure que celle de la pièce d'œuvre et qu'en outre il n'est pas toujours possible d'établir une distinction entre ces deux pièces ; mais tout cela n'affecte en rien la proposition que nous avons établie et d'après laquelle la pièce d'œuvre appartient à la machine, comme mc:::!i: lou partie de membre de la chaîne cinématique.

Nous pouvons également constater ici qu'entre les deux grandes classes dans lesquelles nous avons divisé les machines il existe, relativement à la pièce d'œuvre, un point commun, véritablement essentiel. Quand, pour les machines de déplacement, nous avons vu disparaître ce qu'on appelait l'outil, dans l'ancienne théorie, nous avons fait remarquer que le corps à déplacer, la pièce d'œuvre, était une partie de la machine; en d'autres termes, dans les machines de déplacement, la pièce. d'œuvre est également une partie d^un membre ou un membre fiomplet de la chaîne cinématique. Les deux classes de machines présentent donc sur ce point une concordance parfaite.

Enfin, des principes établis sur la nature de l'outil se déduit une proposition d'une véritable importance, qui trouve de nombreuses applications dans la cinématique appliquée et la technologie mécanique, et qui est la suivante : Pour obtenir, par V emploi d'une machine, un corps d'une forme déterminée, il est nécessaire d'adopter, pour routil, la forme-enveloppe de celle qui est donnée. Pour déterminer cette forme-enveloppe, on a besoin de connaître et de fixer préalablement le mouvement relatif de l'outil, par rap^ port à la pièce d'œuvre ; c'est là un problème qui peut être résolu de différentes manières et qui ordinairement en renferme plusieurs autres. Mais, dans tous les cas, il est d'une grande importance de

LE RECEPTEUR. 515

pouvoir comprendre, dans une conception unique et déterminée, toutes les relations cinématiques qui existent entre l'outil et la pièce d'œuvre.

Le récepteur.

En ce qui concerne le corps désigné sous le nom de récepteur, les idées sont restées limitées à un champ plus restreint que pour Toutil, et cela parce que le nombre des corps moteurs n'est pas trèsconsidérable. On comprend communément comme tels : l'eau, le vent, la vapeur et quelques autres fluides aériformes, les poids, les ressorts et les êtres animés. Suivant la manière de voir admise jusqu'ici, on considère généralement le récepteur d'une machine complète comme la partie destinée à enlever au corps moteur, dans les conditions les plus convenables, la force naturelle qu*il contient. Il est important d'examiner ici ce qui caractérise le mode d'action du moteur et du récepteur, dans les différents cas correspondant aux corps qui viennent d'être mentionnés.

Si nous considérons d'abord les roues hydrauliques et les turbines, nous trouvons que le récepteur est représenté par la roue à palettes et spécialement par les palettes. Des considérations précédentes (g 43) nous ont déjà montré que la roue ne constitue pas, par elle même, un appareil complet, susceptible d'être utilisé, et que ses palettes forment avec l'eau un accouplement cinématique, pendant que l'eau, d'un autre côté, se trouve accouplée avec le coursier et la conduite d'amenée. Le corps moteur est donc ici, sans le m<Nndrc doute, un membre de la chaîne cinématique. Nous pouvons laire la même remarque pour les différentes variétés d*un autre genre de moteurs hydrauliques, les machines à colonne d'eau. Dans ces machines également, l'eau, accouplée avec le piston, enfermée dans le cylindre et guidée par les soupapes de distribution, entre comme membre de la chaîne cinématique, en formant, d'ailleurs, un mécanisme que nous avons déjà étudié (g 126), et que nous avons reconnu être un encliquetagc. Quant au récepteur, il n'est pas possible d'arriver à déterminer ici rigoureusement et logiquement ce qui le constitue ; tout ce qu'on peut en dire, à la rigueur, e'est qu'il est représenté par le piston, ou par le cylindre, ou par

ces deux organes réunis, ou encore par ces deux organes complétés par la distribution.

Dans les machines à vent, bien que l'organe de pression moteur soit à clôture de force, on rencontre un accouplement cinématique qui a lieu entre le vent et la surface des ailes, accouplement qui est celui d'un couple supérieur de vis.

La vapeur d'eau et les autres fluides aériformes qui agissent par expansion sont utilisés communément dans des machines à piston et quelquefois, mais bien plus rarement, dans des machines dont les dispositions présentent de l'analogie avec celles des turbines ; mais, dans tous les cas, le corps moteur forme, avec le récepteur, un couple ou une chaîne cinématique, dans lesquels il est bien difficile de discerner la partie qu'il convient de considérer comme le récepteur.

Les quatre moteurs que nous venons de mentionner, l'eau, le vent, la vapeur d'eau et les autres fluides aériformes, sont tous des organes de pression. Si nous cherchons à nous faire une idée de la série complète des machines fondées sur leur utilisation et si nous essayons de les classer d'après leurs propriétés caractéristiques, nous nous trouvons en présence d'un fait d'une certaine importance, que nous ne devons pas laisser passer inaperçu. Pour l'utilisation du moteur, il existe, en réalité, deux méthodes, nettement distinctes, qui correspondent à deux classes différentes de machines motrices. L'une de ces classes comprend les machines à piston ; nous sommes déjà arrivés, dans le chapitre précédent, à la conclusion générale que ces machines sont des encliquetages et, suivant notre expression, des encliquetages à mouvement rétrograde. L'autre classe, à laquelle appartiennent les roues hydrauliques, les turbines, les moulins à vent, etc., présente cette particularité que le mouvement du courant fluide est continu, ou, du moins, très-sensiblement continu. Ce courant n'exerce pas une action périodique ou intermittente ; il entre d'une façon continue en un point de la machine et sort de môme en un autre point ; dans les roues hydrauliques, son action est analogue à celle d'une crémaillère (§61); dans les moulins à vent et dans quelques turbines, elle se rapproche de celle d'une vis, tandis que, dans d'autres turbines, elle peut être asmilée à celle d'une corde qui s'enroule et se déroule, etc. La différence entre les deux classes de machines peut être mise en évidence en adoptant, pour celles de la seconde classe, le nom de moteurs courants ou continus^ qui correspond au genre de mouvement de leur

LE AECËPTEUR. 511

organe le plus important. Il résulte de là que toutes les machines motrices, destinées à utiliser les organes de pression, peuvent se diviser en moteurs courants ou continus et en moteurs discontinus ou à encliquetage.

Si nous jetons un regard en arrière sur les capsulismes à mani* velle et à roues, dont il a été précédemment question (Chap. IX et X), nous pouvons remarquer qu'ils appartiennent en partie à Tune de ces classes, en partie à Tautre. Les machines dérivées des capsu* lismes à manivelle, pompes ou machines motrices, sont les unes des encliquetages, les autres des mécanismes courants, et quelquesunes peuvent même être considérées comme constituant des formes de passage d'une classe à l'autre. Les capsulismes à roues sont es* sentiellement des mécanismes continus. Au point de vue de la pra« tique, les machines continues présentent, dans un grand nombre de cas, cet avantage assez important, que leui^ mouvements de rotation peuvent être facilement et directement utilisés. Les tentatives faites pour créer des machines à vapeur ou des pompes rotatives ont eu essentiellement pour but de transformer en machines conti' nues les machines intermittentes à organe dépression.

L'horloge ordinaire peut nous servir comme exemple de machine mue par l'action d'un poids. Dans cette machine, il semble, au premier abord, incontestable qu'on doive considérer le poids comme le moteur, en même temps qu'on doit prendre comme récepteur la corde ou la chaîne, à laquelle ce poids est suspendu. Mais, si l'on examine la question de plus près, on se trouve conduit à des réflexions analogues à celles que nous avons déjà faites (g 130), au sujet de l'outil dans la grue. Si nous supposons, en effet, qu'on supprime le poids et qu'en même temps on allonge suffisamment la corde ou la chaine, pour que la partie ajoutée soit équivalente au poids supprimé, le mouvement de l'horloge sera évidemment entretenu par la corde seule. 11 résuUe de là que le poids ne peut être le moteur, puisqu'il est mis de côté, pas plus que la corde, dont la nature n'a pas été modifiée, ne saurait être le récepteur dans le premier cas. Mais, ce qui est incontestable, c'est que la corde est un membre de la chaine cinématique et qu'elle est accouplée avec le tambour, sur lequel elle s'enroule, pendant l'opération du remontage. Los machines mues par des poids jouissent donc, comme les machines précédentes, de la propriété que le corps servant à transmettre la force motrice appartient, comme membre, ou comme élément, à la chaîne cinématique.

518 ANALYSE DES MACHINES GOMPLÈTisS.

Le ressort, employé comme moteur dans les montres et dans quelques autres machines de faibles dimensions, constitue, comme nous l'avons déjà vu (g 44), un élément cinématique ou un membre de chaîne. Ici encore il est d'ailleurs difficile, pour ne pas dire impossible, d'indiquer la pièce de la machine qui répond à la définition admise jusqu'ici pour le récepteur ; mais nous voyons, par contre, distinctement que la pièce par laquelle se fait l'introduction de l'effort moteur figure dans la chaîne cinématique qui constitue la machine.

Après avoir établi que les machines motrices possèdent toutes cette propriété générale, nous pouvons, en nous plaçant à un autre point de vue, déduire de nos recherches une division de ces machines en deux classes générales. Pour toutes les machines motrices, où le moteur est un organe de pression, il se produit, en effet, dans les canaux, les tuyaux, les soupapes, les intervalles entre les palettes, etc., un changement de forme, qui est parfois très-prononcé, comme dans la machine à vapeur, et qui se ti'ouve plus ou moins combiné avec un changement de lieu. Avec les moteurs à ressorts, le changement de forme se produit seul, tandis qu'avec les moteurs à poids on n'a qu'un changement de lieu. Nous nous trouvons évidemment ici en présence de cette môme différence spécifique que nous avons déjà rencontrée précédemment (§ 130), lorsqu'il s'agissait du but de la machine ou de ce que nous pouvons appeler maintenant le traitement de la pièce d'œuvre. Par conséquent, en ayant égard au mode de changement éprouvé par V organe de pression^ pendant son action, nous pouvons également diviser les machines en MACHIIHES A CHANGEMENT DE FORME et Cn MACHINES A CHANGEMENT DE UE(J.

Cette conclusion ne doit être en rien affectée par le fait que le nombre des machines à changement de lieu est relativement trèsfaible. Cette division en deux classes a, au fond, une réelle importance, en ce qu'elle fait disparaître l'incompatibilité qui paraissait exister entre les machines motrices et les machines de travail et qu'elle permet, en outre, d'expliquer plusieurs analogies remarquables.

Nous allons maintenant passel^ à l'examen des moteurs animés^ c'est-à-dire à l'emploi de la force musculaire des hommes et des animaux pour donner le mouvement à des machines ; nous nous attacherons, en premier lieu, aux machines mues par l'homme. D'après le mode de conception admis jusqu'à ce jour, une machine