2 Chaine cinématique - S3

Chap. 1 : Les Chaînes Cinématiques
Dr. Solomani Coulibaly ENI-ABT 1
Chaînes cinématiques
1. Introduction
En construction mécanique, il est fréquent de devoir adapter une vitesse de rotation,
transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation ou inversement. Une pièce
qui fait bouger une autre pièce qui en entraîne une autre forme une chaîne de pièces en
mouvement, autrement dit une chaîne cinématique. La transformation d'un mouvement se
caractérise :
 Par son rapport de transmission.
 La précision due aux déformations des pièces, aux jeux nécessaires au fonctionnement,
aux glissements éventuels.
 La puissance transmise.
 L'inertie limitant les accélérations ou les décélérations, lors des variations de vitesse.
2. Actionneurs
Les actionneurs constituent le premier maillon des chaînes cinématiques. Les plus utilisés
sont :
 Les moteurs électriques, pour les mouvements de rotation rapides et continus.
 Les vérins pneumatiques ou hydrauliques, pour les mouvements de translation
d'amplitude limitée.
Il en existe d'autres : Moteurs pneumatiques ou hydrauliques, vérins rotatifs, électro-aimants...
2.1. Moteurs électriques
Il existe de nombreux types de moteurs électriques. D'une manière générale, ceux dépourvus
de connexion électrique entre le stator et le rotor sont d'une maintenance réduite. Les autres
moteurs nécessitent des opérations de maintenance, à moins que la durée de vie du mécanisme
entraîné ne soit inférieure à celle des pièces d'usure que sont les balais et collecteurs. Les critères
de choix d'un moteur électrique sont :
 La puissance à transmettre.
 La source d'énergie disponible : Courants triphasé, monophasé, continu.
 La durée de vie du système.
 L'encombrement.
 Le degré d'asservissement : Moteur marche/arrêt, moto-variateur, moteur asservi.
 La réversibilité : Certains moteurs peuvent devenir générateurs de courant, d'autres pas.
2.1.1. Les moteurs à courant alternatif :
 Moteur asynchrone triphasé à rotor à cage (rotor en court-circuit) :
Très utilisé dans l'industrie, bon marché, robuste, de maintenance très réduite, il demande
toutefois un appel de courant important au démarrage.
 Moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné :
Onéreux, son couple au démarrage est intéressant pour un appel de courant raisonnable.

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 Moteur asynchrone monophasé (rotor en court-circuit) :
Très utilisé sur les machines domestiques : Ventilateurs, tondeuses à gazon,
réfrigérateurs... Bon marché, de maintenance très réduite, de rendement modeste, il
demande un appel de courant important au démarrage.
 Moteur synchrone :
C'est le moteur du TGV. De maintenance réduite, sa vitesse est rigoureusement
proportionnelle à sa fréquence d'alimentation.
 Moteur universel :
Utilisé sur les perceuses à main, les ponceuses à main, les aspirateurs ménagés... Il offre
une forte puissance pour un faible encombrement. Il peut être alimenté en courant
alternatif ou continu.
2.1.2. Les moteurs à courant continu :
 Moteur à courant continu à aimant permanent :
Très utilisé en faible puissance, il est bon marché et de rendement modeste. Sa durée de
vie est limitée.
 Moteur brushless :
Il équipe les disques durs des ordinateurs et les graveurs de DVD. De maintenance très
réduite avec un bon rendement, il est de plus en plus utilisé.
 Moteur série :
Utilisé par exemple sur les treuils ou les locomotives, c'est un moteur de traction. Son
couple reste important à toutes les vitesses.
 Moteur shunt :
C'est un moteur dont la vitesse est stable et facile à régler.
 Moteur compound :
Ses caractéristiques sont intermédiaires à celles du moteur série et du moteur shunt.
2.1.3. Les moteurs pas à pas :
 Moteur pas à pas à aimant permanent :
Le pas de ce moteur est relativement important par rapport aux autres moteurs pas à pas.
 Moteur pas à pas à réluctance variable :
Le pas du moteur est nettement plus petit mais le couple reste modeste.
 Moteur pas à pas hybride :
C'est une solution intermédiaire entre les deux précédents moteurs.
2.2. Vérins pneumatiques ou hydrauliques
Il existe de nombreux types de vérins. Les plus classiques sont le vérin à simple effet (fig. 1) et
le vérin à double effet (fig. 2), mais il en existe d'autres : Vérin à double tige traversante (fig. 3),
vérin télescopique (fig. 4), vérin souple (fig. 5)... Dans le cas d'un vérin à simple effet, un ressort
de rappel fait revenir la tige en position de repos, lorsque l'alimentation en air comprimé cesse.
Ce type de vérin exerce une force importante uniquement lorsque la tige sort. Dans le cas d'un
vérin à double effet, la force est importante lorsque la tige sort ou lorsqu'elle rentre, mais du fait
de la section de la tige, la force est légèrement plus faible quand la tige rentre.

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Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
3. Les organes de transmission de puissance
Un mouvement de rotation est plus ou moins rapide.
 Lorsque la vitesse de rotation s'exprime en angle par unité de temps, par exemple en
rad/s ou en °/min, on parle de vitesse angulaire.
 Lorsqu'elle s'exprime en tours par unité de temps, par exemple en tr/min ou en tr/s, on
parle de fréquence de rotation.
Très souvent en mécanique, il faut transformer des tr/min en rad/s ou inversement. On
utilise les relations :
30
N
ou
30
N
ω : Vitesse angulaire en rad/s.
N : Fréquence de rotation en tr/min.
Un transmetteur de puissance change une vitesse de rotation en conservant la puissance. Le
rapport de transmission r est le rapport entre la vitesse de sortie (celle du récepteur) et la vitesse
d'entrée (celle du moteur) :
entree
sortie
entree
sortie
N
N
r
Remarques :
 Pour un réducteur de vitesse, le rapport de transmission, nommé également rapport de
réduction, est toujours inférieur à 1.
 La raison est le rapport de transmission, multiplié par -1 si les arbres d'entrée et de sortie
tournent en sens inverse.
 Par abus de langage, certains fabriquants de réducteurs nomment parfois rapport de
réduction l'inverse du rapport de transmission.
3.1. Transmission par chaînes et courroies à rapport constant
Ces systèmes permettent de transmettre des mouvements de rotation entre des axes éloignés.
En fonctionnement, les systèmes poulies - courroies plates ou trapézoïdales admettent un
léger glissement, entre la poulie et la courroie. De ce fait, le rapport de transmission est
approximatif. Le diamètre primitif de la poulie est le diamètre du cercle passant par le centre

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géométrique de la courroie. Le rapport des vitesses de rotation est inversement proportionnel au
rapport des diamètres primitifs des poulies :
sortie
entree
entree
sortie
entree
sortie d
d
N
N
r
dentrée, dsortie : Diamètres primitifs des poulies.
Systèmes sans glissement, aux rapports de transmission rigoureux :
Les systèmes poulies - courroie crantée ou roues dentées - chaîne, du fait de l'absence de
glissement, offrent un rapport de transmission rigoureux. Le rapport des vitesses de rotation est
inversement proportionnel au rapport des nombres de dents :
sortie
entree
entree
sortie
entree
sortie Z
Z
N
N
r
Zentrée, Zsortie : Nombres de dents des poulies crantées ou des roues dentées.
Vitesse de la courroie ou de la chaîne :
Elle se calcule avec la relation : V = R . ω
V : Vitesse de translation de la courroie ou de la chaîne en m/s.
R : Rayon primitif de la poulie ou de la roue en m.
ω : Vitesse angulaire de la poulie ou de la roue dentée en rad/s.
Schéma d'une transmission :
Par courroie
Par chaîne
3.2. Transmission par engrenages
3.2.1. Généralités
Les engrenages permettent de transmettre des mouvements de rotation entre des axes
relativement proches. On distingue :
 L'engrenage, constitué de deux roues dentées qui engrènent.
 Le train d'engrenages, constitué de plus de deux roues dentées qui engrènent.
 Le train épicycloïdal ou train planétaire, dans lequel une roue dentée, nommée le satellite,
tourne sur elle-même tout en tournant autour d'une autre roue dentée.

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Roue dentée
Engrenage
Train d'engrenages
Train épicycloïdal
Un engrenage peut être :
 Parallèle si les axes des roues sont parallèles (fig. 1).
 Concourant si les axes des roues sont concourants (fig. 2).
 Gauche dans les autres cas, comme celui du système roue - vis sans fin (fig. 3).
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
3.2.2. Rapport de transmission
Soient deux roues dentées qui engrènent. Le rapport des vitesses de rotation est inversement
proportionnel au rapport des nombres de dents des roues.
sortie
entree
entree
sortie
entree
sortie Z
Z
N
N
r
Nentrée, Nsortie : Fréquences de rotation des roues en tr/min.
ωentrée, ωsortie : Vitesses angulaires des roues en rad/s.
Zentrée, Zsortie : Nombres de dents des roues.
3.2.3. Train d'engrenages
Une roue qui en entraîne une autre est dite menante. Une roue entraînée par une autre est
dite menée. On montre que le rapport de transmission se calcule avec la relation :
r =
Produit des nombres de dents des roues menantes
Produit des nombres de dents des roues menées
Dans un train d'engrenages, il arrive que certaines roues soient à la fois menantes et menées.
Ces roues sont généralement utilisées pour changer le sens de rotation des roues, parfois pour
augmenter la distance entre deux axes.
Dans l'exemple ci-dessous, l'axe du moteur est lié à la roue dentée 1 :
 Les roues 1 et 3 sont menantes.
 Les roues 2 et 5 sont menées.