Chapitre 3 Mécanismes À CAMES + Applications VET [PDF]

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Chapitre III : Mécanismes de transformation de mouvements par des cames 1 - Fonction : Une came est un organe moteur en liaison pivot par rapport au bâti, et comportant un profil dont la géométrie conditionne directement la cinématique du suiveur avec lequel il est en contact. Ce contact peut consister en une liaison unilatérale ou bilatérale, de direction radiale ou axiale (parr rapport à l'axe de la came). La came peut être tournante autour d’un axe, elle est dite circulaire (c’est le cas le plus fréquent). Elle peut être animée d’une translation, elle est dite alors rectiligne (figure 1).

Figure 1 : Mécanismes à cames

2- Exemples d’utilisation des mécanismes à à cames; 2.1- Utilisation tilisation des mécanismes à à cames dans le domaine automobile

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Figure 2 : Le sommet d'un moteur de Porsche 911. On distingue les arbres à cames dont la rotation contrôle les soupapes d'admission et d’échappement.

Figure 3 :

Le dessin d’ensemble,figure 3, représente le mécanisme de commande d’une soupape d’un moteur de voiture. La rotation de l’arbre à cames (1) permet l’ouverture et la fermeture de la soupape (7) à l’aide du poussoir (2) et le ressort (6).

Pour un tour de l’arbre à cames, on a trois phases. 

Phase 1 : état de fermeture de la soupape pendant un demi tour (course nulle) ;



Phase 2 : descente de la soupape pendant un quart de tour ;



Phase 3 : montée de la soupape pendant un quart de tour.

D’après le profil de la came utilisé, on identifie les

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trois portions participant aux trois phases. . L’avantage d’une came c’est quelle permet de composer en un tour plusieurs phases de mouvements d’allures différentes

Exemples d’utilisation des cames dans le circuit de distribution dans le domaine automobile La figure 4 montre un exemple d’un arbre à cames. La figure 5 montre un exemple de profil d’une came.

Figure 4

Figure 5b

Figure 5a

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Figure 6 – Distribution à soupape en tête à attaque directe et poussoir hydraulique

Figure 7 – Distribution culbutée à arbre à cames latéral

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Figure 8

Figure 9– Distribution à soupapes latérales, chambre turbulente et culasse rapportée

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2.2 – Exemple d’utilisation des mécanismes à cames dans le domaine de production Ces cames, figures 10 et 11, dont leurs utilisation permet de rationaliser les coûts dans les processus de montage et de production

Figure 10

 Exemples des cames uitlisés comme élements de bridage

Figure 11

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 Exemple d’utilisation des mécanismes à cames : Pince Génus pour pincer des tôles La pince Génus, figure 9, est une pince de serrage. Elle est largement utilisée sur les chaînes de fabrication d’automobiles pour l'immobilisation des tôles avant soudage. Le mouvement et la puissance sont fournis par un vérin pneumatique qui entraîne un levier porte galet. Le galet roule sans glisser sur une came rectiligne dont le profil a été calculé afin qu’en phase de serrage l’effort soit maximal et que la vitesse soit faible au moment de l’accostage sur la tôle à serrer afin d’éviter les déformations dues au choc.

Figure 12 : Pince Génus pour pincer des tôles

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3 - Les différents types de cames On distingue : 

les cames disque (ou plane)



les cames tambour



Les Cames à rainure

Ce qui les distingue est le plan dans le quel se déplace le suiveur. Pour une came plane, le suiveur se déplace dans un plan perpendiculaire à l'axe de la came, pour une came tambour, le suiveur se déplace dans un plan parallèle à l'axe de la came. Came disque (ou plate)

Came à

Came à rainure

tambour

Déplacement

Déplacement parallèle à l’axe de rotation

perpendiculaire à l’axe de rotation

Figure 10a - différents types de came : cames disque et cames tambour

Figure 10b - différents types de contact suiveur-came. La figure 10b montre que pour éviter l’arc-boutement et réduire le frottement, on interpose un dispositif à poussoir ou à galet entre la came et le suiveur Mécacismes de transformation de mouvement par cames

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3 - Les différents types de contact suiveurs-cames. Les suiveurs se caractérisent par leur type de contact avec la came et par leur mouvement. On distingue les suiveurs à galet (Figures 11.a et b) ou à plateau (Figures 11.c ) et on distingue également les suiveurs à translation (Figures 11.a, b c), tournant (Figure 11.f) ou encore oscillant (Figures 11.d, e et f).

Fig. 11 Les différents types de contact suiveurs –cames.

Comme le montre la Figure 11, les suiveurs peuvent être excentrés par rapport à l'axe de rotation de la came. On peut également rencontrer des suiveurs bilatéraux. Ceci permet d'éliminer les jeux sans utiliser de ressorts. Ces suiveurs peuvent être en contact avec la même came (2 galets ou un galet dans une rainure par exemple) ou alors avec 2 cames différentes mais cinématiquement liées. Dans la suite, nous ne nous intéresseront qu'aux mécanismes à came plate et à galet. 4 Cinématique des cames 4.1 Description des cycles

Le mouvement communique au galet est généralement décomposé en 3 périodes élémentaires qui permettent de décrire le cycle du mécanisme, Figure 12: 

La Montée M

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

La Descente D



Le repos (ou Stationnaire) S

On est ainsi capable de décrire les cycles comme le SMS ou le SMSDS très courants car ils se comportent bien du point d vue dynamique (grâce à la période de repos) contrairement aux MD ou SMDS qui sont plutôt employés pour des mouvements lents.

Figure 12 – différents cycles des cames 4.2 Loi de levée Dans le cas d'un suiveur à contact ponctuel, la loi de levée se formule ainsi :

( ) = ( ) +



Où R(θ) est le rayon polaire de la came et où R0 est le rayon polaire à la position d'origine. Dans le cas où le suiveur est un galet, il n'existe pas de formule générale simple pour connaitre analytiquement le profil de la came en fonction d'une loi de levée définie. Ceci par ce que le contact came/galet ne se fait pas forcement sur la droite reliant l'axe de la came et l'axe du galet. Il existe néanmoins une technique (hors informatique) dite Méthode d'inversion du mouvement 

tracer la loi de levée désirée dans un diagramme Polaire



y faire circuler un disque correspondant au galet



la forme de la came est l'enveloppe définie par les différentes positions du disque au

cours de la circulation Au contraire, si l'on dispose d'une came et que l'ont veut en déterminer la loi de lever, on peut également procéder graphiquement. Par exemple pour une came sans excentration : 

Découper un disque correspondant au galet



Tracer sur la came les différents angles correspondant aux mesures souhaitées

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

Venir tangenter la came avec le disque en vérifiant que le centre du galet correspond bien

à l'angle de mesure. 

Mesurer la distance entre le centre de la came et le centre du galet



Rapporter les mesures sur le diagramme déplacement angle

Lorsque les vitesses de rotation de la came sont assez faibles (on considère