Engineering
Mécanisme à retour rapide
La manivelle tourne régulièrement, et pourtant le coulisseau coupe lentement et revient vite. Changez le rayon de manivelle et observez le rapport des durées de course ; appliquez un effort de coupe et voyez le couple moteur monter pendant la course lente, tandis que la roue, sur sa lancée, entraîne le coulisseau dans le retour rapide.
Ce qui se passe
L’entraînement d’un étau-limeur. Un moteur fait tourner la grande roue dentée ; son maneton, à une distance r du centre, glisse dans la fente d’un levier qui oscille autour d’un pivot situé d = 0,45 m sous le centre de la roue. Le levier, long de 1 m, déplace le coulisseau par un axe engagé dans une fente du coulisseau. Le levier change de sens là où il touche le cercle décrit par le maneton, sin α = r/d : du côté de la roue éloigné du pivot, soit π + 2α de chaque tour, le maneton est loin du pivot et le coulisseau avance lentement en coupant ; du côté proche, soit π − 2α, il revient vite. Avec r = 0,25 m, les durées des courses sont dans le rapport 2,2 à 1 et le coulisseau parcourt 2·L·r/d = 1,11 m ; avec r = 0,30 m, 2,7 à 1 et 1,33 m.
Tant que l’outil est au-dessus de la pièce pendant la course de coupe, le coulisseau subit l’effort de coupe : le couple moteur augmente pendant la course lente – maneton en haut, il vaut F·L·r/(d + r), soit 71 N·m pour 200 N – et, pour 300 N, chaque course effectue 180 J de travail de coupe sur la pièce de 0,6 m. Sur sa lancée, la lourde roue entraîne le coulisseau pendant tout le retour.
Modèle : roue, levier et coulisseau rigides ; le maneton et l’axe glissent sans frottement dans les fentes ; un moteur au couple limité maintient la vitesse de la manivelle. Les poids sont négligés.
À essayer
Surveillez le chronomètre : la course lente et le retour. Raccourcissez la manivelle et comparez le rapport ; augmentez l’effort de coupe et observez le couple moteur.
Équations du module
Équations sin α = r/d t_cut = (π + 2α)/ω, t_return = (π − 2α)/ω stroke = 2·L·r/d v_max = L·r·ω/(d ± r) τ = F·L·r/(d + r) (pin at the top)
