TRANSMISSIONS DE MOUVEMENTS
11 y a à considérer, dans l’établissement des machines , plusieurs parties distinctes : 1° le moteur donnant la puissance; 2° le récepteur recevant directement l’impulsion motrice; 3° l’opérateur ou outil qui confectionne l’ouvrage ; 4° les communicateurs servant à transmettre à l’outil la force motrice , puis les modificateurs ou régulateurs du mouvement.
Les moteurs que l’on emploie généralement sont les homnqcs, les animaux, l’air, l’eau et la vapeur.
Les hommes servent le plus ordinairement pour les machines qui exigent peu de force : ainsi ils agissent sur
les manivelles des treuils, des crics, des machines à
battre le blé , etc.
Les chevaux et les bœufs sont attelés aux manèges lorsque les machines n’exigent pas un mouvement régulier.
L’air fait tourner les moulins à vent, et est utilisé par les ventilateurs et dans les souffleries pour alimenter les liauts-fourneaux.
L’eau agit sur les roues hydrauliques pour les usines.
Enfin la vapeur est employée pour les machines de petite et de grande puissance; la vapeur présente sur
1 eau 1 avantage de pouvoir être appliquée en tous lieux , suivant l’emplacement adopté pour les établissements manufacturiers.
Les récepteurs qui se lient étroitement aux moteurs , parce qu ils en reçoivent directement l'action , sont les roues hydrauliques, les pistons, les manèges, etc., etc.
Les outils dépendent du genre de travail à produire: ainsi, dans un moulin à blé, ce sont les meules, dans une scierie, ce^ont les lames qui confectionnent l’ouvrage.
Ti ans missions. L action du récepteur se transmet par communication à l’outil, et les pièces intermédiaires prennent le nom de communicateurs de mouvement.
On distingue trois mouvements principaux : t° le mouvement rectiligne, celui d’un corps qui suit une ligne droite; 2° le mouvement circulaire, celui d’un corps qui parcourt un cercle ; 3° le mouvement curviligne, celui d’un corps qui décrit une courbe.
Ces trois mouvements sont continus ou alternatifs; continus quand ils ont lieu dans le même sens, et alternatifs s’ils agissent dans des sens différents, ou s’ils suivent des directions de va et vient.
Ces divers mouvements peuvent se combiner entre eux de vingt-une manières différentes, comme l’indique le tableau suivant, et chaque machine est l’application simple ou composée d’une ou plusieurs de ces transformations. ,
f* Le mouvement rectiligne continu peut être converti en
rectiligne.
circulaire.
d'après une courbe donnée
continu, alternatif.
j continu.
I alternatif.
continu, alternatif.
I rectiligne
circulaire
verli en j
f d'après une courbe donnée
alternatif. 7 continu. 8 alternatif. 9
continu. 40 alternatif. 44
1 rectiligne. ..
circulaire
d’après une courbe donnée
alternatif. 4-2 alternatif. 45 continu. 44 alternatif. 45
4* Le mouvement rectiligne alternatif peut être converti en
rectiligne
circulaire
d’après une courbe donnée
alternatif. 46 alternatif. 47 alternatif. 48
5* Le mouvement circulaire alternatif peut être converti en
circulaire
d’après une courbe donnée
alternatif. 49 alternatif. 20
«• Le mouvement alternatif d’après une courbe donnée, peut être converti en mouvement
| d’après une courbe donnée
alternatif. 21
On peut observer que chacune de ces transformations a sa réciproque , en ce sens que, si le mouvement rectiligne alternatif se convertit en mouvement circulaire alternatif, par exemple, de même aussi le mouvement circulaire alternatif se transforme en mouvement recti- * ligne alternatif. Les exemples suivants présentent les combinaisons les plus usitées en mécanique de ces diverses transformations.
Conversions du mouvement rectiligne continu en mouvement rectiligne continu.
Les cordes ou courroies qui glissent sur des poulies
fixes de renvoi , transmettent à des distances et dans des plans divers le mouvement rectiligne continu. C’est ainsi qu’une corde enroulée sur une poulie a (fig. 72), et qui reçoit à une extrémité une charge et à l’autre l’application d’une force, transforme le mouvement rectiligne continu de la force appliquée en un mouvement rectiligne continu du poids ou de la charge à élever.
La fig. 73 est un autre exemple du môme mouvement. Des règles a b sont réunies l’une à l’autre par des montants articulés cd , et la disposition de ces quatre pièces est telle que, quelle que soit la position qn’on leur donne, elles sont toujours parallèles deux à deux et forment un parallélogramme. Cet instrument sert à tracer des lignes parallèles, dont la plus grande distance est limitée par la hauteur verticale des montants à articulation c d. En tirant de droite à gauche, par exemple, la règle supérieure a, les montants cd s’inclinent et permettent son rapprochement parallèle de la règle b , pour tracer une série de parallèles.
De même la barre a (fig. 74), réunie aux règles bc par les montants articulés d d ' , suit une direction parallèle.
La marche parallèle du chariot dans les métiers à filer et les presses à coins sont autant d’exemples de cette transformation.
Conversions du mouvement rectiligne continu en mouvement rectiligne alternatif.
La fig. 75 est un exemple de cette tranfôrmation : une bande solide a, sur laquelle sont évidés des sillons en plans inclinés, est liée à une règle verticale b par un goujon qui, assujetti dans le mouvement rectiligne de la bande, à suivre les sillons, produit la montée et la descente verticale de la règle b.
Dans les machines à vapeur, où ce fluide agit tantôt au-dessus, tantôt au-dessous du piston, pour lui donner un mouvement rectiligne alternatif, il y a changement de mouvement rectiligne continu de la vapeur qui arrive de la chaudière en mouvement rectiligne alternatif du piston.
Conversions du mouvement rectiligne continu en mouvement circulaire continu.
Le courant de l’eau , en agissant sur une roue hydraulique, transforme son mouvement rectiligne continu en un mouvement circulaire continu.
La réciprocité se rencontre dans les treuils , les crics , les cabestans, etc., où le mouvement circulaire ou rotatif de la manivelle ou du rouleau produit l’ascension verticale rectiligne de la charge. Il en est de même d’une vis tournant dans son écrou ; à chaque tour de la vis l’écrou marche ou s’élève d’une quantité donnée.
La fig. 76, connue sous le nom de vis différentielle de Prony, est un semblable exemple de conversion,.
mais avec l’avautagc bien essentiel de pouvoir varier la vitesse à volonté.,
u b est un cylindre portant à chaque extrémité deux vis de pas absolument égaux, tournant dans les montants ou écrous cd. A chaque tour de manivelle le cylindre parcourt un espace horizontal égal au pas des vis a b. Ce cylindre reçoit au milieu une partie vissée g dont le pas diffère à volonté du pas des vis a b. Par ce moyen, l’écrou h qui peut glisser dans une rainure dis- posée sur la base i des montants c d , s’avance pour un tour de manivelle d’une quantité égale à la différence qui existe entre. le pas de la vis du milieu et le pas des deux vis extrêmes.
Une crémaillère conduisant une roue d’engrenage est encore une application de transformation de mouvement rectiligne en mouvement circulaire continu, et là réciproque a lieu quand deux laminoirs, animés d’un mouvement de rotation continue, entraînent en ligne continue une barre ou plaque métallique.
Exemples de conversions d'un mouvement rectiligne
continu en circulaire alternatif.
Dons les pompes, le mouvement rectiligne du pistou est obtenu par le mouvement circulaire alternatif du balancier. La réciproque de ce mouvement a aussi lieu quand un levier a (fig. 77), tournant autour de sou centre b, reçoit à articulation deux bras de levier cd recourbés à leurs extrémités. Par ccs extrémités, les leviers engrènent avec les dents d’une barre g qui porte
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à son milieu une rainure dans laquelle se loge le centre du levier a. En faisant alors jouer le levier en mouvement circulaire alternatif, la barre s’élève et prend un mouvement rectiligne continu.
Transformations du mouvement circulaire continu en mouvement rectiligne alternatif.
Cette conversion peut être obtenue de diverses ma- . nières. )
Le mouvement circulaire continu de la manivelle a (fig. 78) est converti par la tringle ou bielle b en un mouvement rectiligne alternatif de la scie c.
La réciprocité a lieu dans les machines à vapeur à balancier; la figure 70 en est une application ; la vapeur agit alternativement sur chacune des faces du piston a pour lui donner un mouvement rectiljgne de va et vient, qui , par l’intermédiaire du balancier b et de la bielle c> produit le mouvement circulaire continu de la manivelle d. -,
Dans les machines à directrice , le piston communique son mouvement de va et vient à un galet a mobile dans une coulisse b (fig. 78 bis), lequel mouvement est changé par la bielle c en un mouvement circulaire continu de la manivelle d.
En fafisant tourner d’une manière continue une roue a (fig. 80) à l’intérieur d’une roue b dont le rayon est double de la première , et en joignant à articulation un point quelconque c de la circonférence de la roue a à une tige d , celle-ci recevra dans le mouvement circu-
laire de la roue a un mouvement rectiligne alternatif.
Excentriques. Des exemples de la même transformation sont représentés fig. 81. L’excentrique o, animé d’un mouvement circulaire continu, produit l’ascension rectiligne alternatif d’une tige b avec laquelle il est ën contact; pour diminuer le frottement, la tige b porte un galet c en contact avec la courbe, et elle se trouve guidée dans une coulisse ou entre d’autres galets d d.
Cet excentrique double, dit en cœur, se trace de la ma= nière suivante : Supposons que a soit le centre de l’arbre qui reçoit l’excentrique , et qu’il doive faire parcourir au centre du galet la distance b b' dans une demi-révolution , pour le ramener ensuite au point de départ dans la deuxième demi-révolution; du point a décrivez les circonférences de rayons a b et a b', divisez la distance b b' en plusieurs parties égales , en quatre , par exemple , et ’ à partir du point b' divisez la circonférence de rayon a b' en un nombre double de divisions; puis du centre a décrivez autant de circonférences qu’il y a de divisions dans b b', joignez tous les points de division de la circonférence a b' au centre , le point de rencontre du rayon ai avec la circonférence de rayon ai est un point de la courbe; le point de rencontre du rayon a 2 avec la circonférence de rayon a 2 est un deuxième point de la courbe, et ainsi de suite jusqu’à la quatrième division, qui est directement opposée au point de départ; vous aurez ainsi tracé la demi-courbe correspondante à la demi-révolution de l’excentrique pour élever le pointé en b'; la courbe se construit symétriquement de l’autre côté pour ramener le point b' en b.
Ce tracé permet de communiquer un mouvement rectiligne alternatif régulier et uniforme, puisque pour chaque arc égal de l'excentrique le point s’élève d’une quantité rectiligne égale. Mais en conservant égales les divisions de la circonférence, et en diminuant l’écartement des divisions sur la distance à parcourir à partir, du point de départ ou en agrandissant proportionnellement cet écartement, on modifie la vitesse et la pression de l’excentrique suivant le besoin.
Le tracé précédent n’est qu’un cas particulier des courbes excentriques; mais on appelle en général excentriques des courbes dont les points sont à des distances inégales de leur centre de rotation.
Le cercle lui-même est un excentrique lorsque l’axe qui lui imprime son mouvement ne passe pas par le centre.
Ces courbes, qui ont toujours pour objet de transformer un mouvement circulaire continu en un mouvement rectiligne alternatif, soit par un contact direct ou intermédiaire, soit en agissant par leur contour ou de champ, sont très-souvent en usage dans les machines et varient à l’infini; mais la course d’un excentrique est toujours égale à la différence du rayon de la partie la plus éloignée du centre avec le rayon de la partie la plus rapprochée.
Quand pour une môme révolution de l’excentrjque il doit y avoir relâche dans le mouvement rectiligne alternatif qu’il imprime, ou dispose sur son contour des parties concentriques, comme Dg. 82 ; et pour les portions d’arcs ab, cd , l’excentrique, tout en continuant sou
mouvement rotatif, maintient la pièce qu’il conduit, mais ne lui communique aucun mouvement; ce mouvement ne continuera qu’à l’instant où la partie devient excentrique ; il est facile alors de disposer la forme extérieure de l’excentrique pour produire tel mouvement que l’on voudra, soit continu, soit intermittent.
Ainsi les manivelles, les bielleset les excentriques, sont très-convenables pour transformer un mouvement circulaire continu en rectiligne alternatif, et réciproquement.
Changements de mouvement circulaire continu en circulaire continu.
Les roues qui engrènent ensemble, les chaînes et les courroies sans fin qui glissent sur des pouÿes ou tambours, sont des applications journalières de cette transformation. La facilité d’opérer la tension convenable des courroies, et l’avantage qu’elles présentent de pouvoir transmettre la rotation continue dans une direction quelconque, à des distances éloignées et sans bruit, les ont fait substituer dans quelques établissements aux roues d’engrenages, pour la commande des meules de moulin.
Les figures 83 et 84 sont des exemples de conversion de ce mouvement dans un môme plan et dans un plan perpendiculaire au premier. La transmission du mouvement circulaire continu en circulaire continu est obtenue dans les tours par des poulies à divers diamètres ou des cônes dits alternes (fig. 85 et 86), placés l’un au-dessous de l’autre pour présenter une tension égale à la cour-
roie ; mais il y a, par ce système, modification ou variation de vitesse , suivant qu’au moyen d’une fourchette on fait glisser la courroie à droite ou à gauche, ce qui est indispensable pour donner plus ou moins de vitesse aux pièces à dresser sur le tour, selon la dureté de la matière.
Pour obtenir une vitesse très-lente, on commande une roueo (fig. 87) par une vis sans fin ô;pour chaque tour de la vis, la roue ne tourne que d’une dent; si donc la roue porte soixante dents, il faudra soixante tours de manivelle pour lui faire décrire une révolution entière. En plaçant sur l’axe de la roue a une seconde vis 6', la deuxième foue c de soixante dents qu’elle commanderait ne ferait qu’un tour pendant que la manivelle de la première vis parcourrait trois mille six cents révolutions. L’emploi des vis sans fin est très- convenable pour obtenir des vitesses lentes.
Transformations du mouvement circulaire continu en circulaire alternatif.
Les figures 88 et 89 sont deux exemples de cette transformation. Dans la première, une roue à cames a, qui est animée d’un mouvement rotatif continu, vient successivement butter contre l’extrémité du martinet de forge b , de manière à le faire osciller autour de son centre c, et le relâcher aussitôt pour qu’il puisse retomber de tout son poids sur l’enclume d. La distance des cames de la roue est combinée pour que le martinet ait le temps de retomber sur l’enclume avant que la came suivante vienne le presser de nouveau.
Mais les cames n’agissent pas toujours en pressant ; ainsi, dans la figure 89, chaque came vient au contraire soulever te martinet par la tète : c’est la disposition du marteau frontal.
Une manivelle agissant sur Un balancier opère la même transformation. De même, dans la machine du remouleur et dans le rouet à filer, la pédale sur laquelle l’ouvrier pose le pied décrit un mouvement circulaire alternatif qui, par l’intermédiaire d’une bielle et d’une manivelle, imprime à la meule à aiguiser ou au rouet un mouvement circulaire continu.
Les échappements d’horlogerie et les leviers de la garousse sont des exemples de la môme transformation.
Mouvement rectiligne alternatif en circulaire alternatif , et réciproquement.
Les pompes mues par un secteur (fig. 90) sont un exemple de ce changement ; il en est de même de l’archet dont on se sert pour les petits tours à main.
Dans les machines à vapeur, le mouvement rectiligne alternatif du piston produit le mouvement circulaire alternatif du balancier; le mécanisme intermédiaire de la rectitude de cette transformation s’appelle parallélogramme de Watt. • ‘ .
Ce parallélogramme, destiné à maintenir la tige du piston dans une direction sensiblement verticale, se trace de la manière suivante (fig. 91) : -
Soit A la projection verticale du pivot du balancier, dont toutes les lignes, ainsi que celles des montants du
parallélogramme , sont représentées seulement par la ligne milieu; la ligne AC représente donc le balancier dans sa position la plus élevée ; l’extrémité C du balancier décrit autour de son centre A l’arc de cercle CC'C*, dont la corde est égale au double du rayon de la manivelle qui règle en môme temps la course du piston dans le cylindre. Si par le milieu de la flèche de cet arc on trace la verticale DD', nous allons faire voir que le point D', extrémité de la tige du piston qui est dans la môme direction , ne s’en écartera pas dans les trois positions principales du balancier. -
Le point de suspension des liens du parallélogramme doit se trouver sur le mih'eu du rayon AC; c’est pourquoi on divise cette longueur en deux parties égales au point E, et la distance C E est un des grands côtés du parallélogramme; l’un des petits liens doit avoir son extrémité inférieure sur la verticale DD' et se lier à l’extrémité du grand côté ; de plus, sa longueur égale le rayon de la manivelle ; en traçant du point C et avec cette longueur un arc de cercle qui coupe la verticale D D' au point G et en joignant CG, nous aurons le petit côté du parallélogramme. On mène alors par les points E et G les parallèles EF et GF aux côtés trouvés CE et CG, ce qui donne la forme C G E F du parallélogramme dans la position la plus élevée du balancier. Il reste maintenant à déterminer la position du centre de mouvement H autour duquel se meuvent les guides I qui sont liés à articulation au point F du parallélogramme.
Or, ce centre doit se trouver dans le plan de la verticale DD^, et , de plus, il est généralement distant de F
d’une longueur égale à la moitié du rayon du balancier ; en traçant donc du point F comme centre et avec le rayon CE un arc de cercle, le point H où cet arc coupe la verticale I) I)' est le centre fixe cherché.
Pour avoir la position du parallélogramme dans la position milieu AC' du balancier, nous remarquerons que le point E, en décrivant son arc autour du centre A, est venu en E', et que le point F s’est placé en F' sur l’horizontale II F'. Le point C est venu en C', et la ligne C'E' représentera le grand côté du parallélogramme. Quant au point G, on obtient sa nouvelle position en décrivant du point C un arc de rayon CG qui coupe la verticale D D' en un point G'. On connaît donc les deux côtés du parallélogramme, et, par suite, le parallélogramme C/E'G'F' dans la position milieu du balancier ; on déterminerait de même la troisième position G'FKL du parallélogramme, correspondante à la position inférieure extrême du balancier. L’attache de la tige du piston se trouvant sur la verticale dans les trois positions principales du balancier, cela est suffisant pour la direction dont on a besoin ; mais il ne faqt pas toutefois que l’arc parcouru par le balancier dépasse quarante degrés.
