Types d’éléments de machine | Exemples de différentes catégories

L’ingénierie mécanique est devenue extrêmement complexe avec le temps. Une voiture moyenne compte aujourd’hui environ 30 000 éléments de machine lorsque nous comptons chacun jusqu’à la plus petite vis. Ces éléments de la machine fonctionnent à l’unisson pour faire fonctionner la voiture comme prévu par la conception de la machine.

Certaines de ces pièces mécaniques sont des éléments mécaniques élémentaires, tandis que d’autres sont dans un assemblage avec d’autres pièces et remplissent une fonction spécifique dans la voiture. L’alternateur, le moteur et le carburateur sont des exemples de telles pièces.

L’apprentissage des éléments de la machine est la première étape de la création de machines efficaces qui résolvent des problèmes urgents. Ils réduisent l’effort humain et surpassent considérablement leurs capacités. Dans cet article, nous allons en apprendre davantage sur les éléments de la machine et leurs types.

Que sont les éléments de la machine ?

En génie mécanique, un élément de machine est la plus petite pièce mécanique ou assemblage de pièces dans une machine. Ils remplissent généralement une seule fonction et ne peuvent pas être remplacés par plusieurs pièces. Par exemple, un roulement peut être constitué de pièces plus petites telles que des billes, des bagues et des joints, mais il ne peut pas remplir sa fonction s’il était scindé en ses pièces mécaniques constitutives.

Ainsi, un élément de machine peut être défini comme un constituant d’une pièce (telle qu’une attache) ou une pièce distincte (par exemple un embrayage) dans les machines. D’une manière générale, les éléments de machine peuvent être divisés en deux types principaux.

  • Éléments de machine à usage général
  • Éléments de machine à usage spécial

Éléments de machine à usage général

Ces éléments sont les blocs de construction de base dans de nombreux types de machines. Les pièces telles que les éléments de fixation (vis, écrous et boulons, rivets, etc.), les arbres, les roulements et les clés sont des exemples d’éléments de machine à usage général. Ils remplissent généralement la même fonction dans toutes ces machines.

Dans la plupart des cas, les éléments de machine à usage général sont de tailles et de formes définies par les normes internationales.

Par exemple, les boulons hexagonaux peuvent être fabriqués selon 18 normes différentes, les plus courantes étant DIN 931 et DIN 933. Dans la plupart de ces normes, ils sont disponibles dans les tailles M3 à M48. Cela augmente leur facilité d’utilisation dans une variété de machines différentes, car les remplacements sont facilement disponibles.

Éléments de machine spéciaux

Ce sont des éléments mécaniques qui trouvent une utilisation spécifique dans la conception des machines. Des exemples de telles pièces sont la turbine d’un moteur à réaction, les aubes d’un ventilateur, les pistons, le vilebrequin, etc. La conception mécanique de ces pièces est personnalisée selon les besoins.

Prenons l’exemple des moteurs de navires. Ils existent en différentes conceptions, avec un nombre de cylindres allant de 6 à 14.

Pour chaque type de moteur, la taille de chaque composant est repensée. La soupape d’échappement, la culasse, la chemise, le piston, les segments de piston, la bielle et le vilebrequin sont tous disponibles en différentes tailles pour deux types de moteurs différents.

Types d’éléments de machine

Les éléments de machine à usage général et spécial sont des composants mécaniques élémentaires qui fonctionnent ensemble pour faire fonctionner une machine. Voyons les différents types d’éléments de machine courants et leurs utilisations.

Roulements

roulements

Les roulements sont l’un des éléments de machine les plus courants dans la conception des machines. Leur travail consiste à éliminer le frottement entre deux pièces mobiles. La conception mécanique des machines tournantes est incomplète sans elle. L’objectif principal des roulements est d’empêcher le contact direct métal sur métal des deux pièces et de permettre un mouvement relatif fluide entre elles.

Ils se présentent sous différentes formes et tailles. L’abondance de conceptions de roulements disponibles permet aux concepteurs de sélectionner le roulement le plus approprié pour différentes applications, garantissant une fiabilité, une efficacité, des performances et une durabilité maximales.

Les roulements sont utilisés dans une gamme de mouvements différents, tels que linéaires (convoyeurs), rotatifs (vilebrequins), charnières (portes, fenêtres) et sphériques (joint à rotule). Ils transmettent des charges radiales, des charges axiales (paliers de butée) ou une combinaison des deux de l’élément rotatif au boîtier de roulement.

Certaines applications des roulements sont:

  • Portes coulissantes/fenêtres/tiroirs
  • Vilebrequin du moteur
  • Poulies et galets de convoyeur
  • Éoliennes
  • Moteurs

Arbres

deux arbres
Les arbres sont généralement conçus pour l’application unique et usinés CNC

Les arbres sont de longs composants cylindriques utilisés pour le transfert de couple et de puissance mécanique entre deux composants. Les concepteurs les utilisent lorsque la distance entre les composants de la chaîne cinématique est trop grande pour une connexion directe, ou s’ils fonctionnent dans des environnements différents.

Par exemple, dans le cas d’une hélice de navire, la distance entre le moteur et l’hélice est trop importante, ce qui justifie l’utilisation d’un arbre long avec plusieurs roulements en cours de route.

De même, les turbines à vapeur alimentant les pompes à huile de cargaison des pétroliers sont isolées des pompes par une cloison étanche pour éliminer les risques d’inflammation (application dans des environnements différents). Seul l’arbre traverse la cloison de la salle des machines à la salle des pompes.

Les turbines à vapeur de la salle des machines deviennent extrêmement chaudes pendant le fonctionnement. Même dans le cas improbable où l’atmosphère de la salle des pompes deviendrait combustible (en cas de fuite d’huile de cargaison), la conception mécanique est telle que les turbines n’agiront pas comme des sources d’inflammation.

Un arbre peut être plein ou creux, selon le besoin. Les solides sont plus compacts, mais leurs homologues creux ont une plus grande capacité de charge pour le même poids. Pour les arbres soumis à de lourdes charges pendant le fonctionnement, les concepteurs préfèrent un arbre creux car il présente une rigidité, une rigidité et des moments de flexion plus élevés.

Certaines applications des arbres sont :

  • Vilebrequins/arbres à cames de moteur IC
  • Essieux de véhicules
  • Horloges et montres
  • Moteurs
  • Pompes

Clés

clés de machine

Dans la conception des machines, les clés sont de petits composants mécaniques qui relient les arbres aux éléments rotatifs. Dans certains cas, ils peuvent être seuls responsables du transfert de couple entre les deux éléments.

Les clavettes sont placées entre l’arbre et l’élément rotatif et ont des dispositions découpées dans les deux pour fixer la clavette en place. La découpe dans le moyeu est connue sous le nom de rainure de clavette. Le bas de la rainure de clavette où la clavette repose dans l’arbre est appelé siège de clavette. L’assemblage complet est connu sous le nom de joint à clé.

Un joint à clavette ne permet aucun mouvement de rotation relatif mais peut permettre un mouvement axial dans une faible mesure lorsque les clavettes sont insérées dans la direction axiale. En raison d’une telle fonction, les clés doivent supporter des contraintes de compression et de cisaillement élevées. Ainsi, la rupture par écrasement et la rupture par cisaillement sont des considérations importantes dans la conception mécanique d’une clé.

Les différents types de clés dans la conception des machines se présentent sous de nombreuses formes standard. Les cinq principaux types de clés sont les clés rondes, à sellette, cannelées, coulées et tangentes.

La clé coulée est la plus courante de toutes. Il se décline en différentes tailles et formes telles que rectangle, carré, creux parallèle, aspérule, tête de gib et plume.

Certaines applications de clés sont :

  • Moteurs
  • Hélices marines
  • Entraînements par engrenages
  • Poulies
  • Pignons

Accouplements

accouplement d'arbre

Les accouplements sont des composants mécaniques qui relient deux arbres rotatifs en ligne, dans le but principal de transmettre la puissance dans la conception mécanique. L’ensemble tourne à la même vitesse. Un accouplement peut être rigide ou flexible, selon le besoin.

Un accouplement flexible peut absorber toutes les erreurs de montage ainsi que tous les désalignements mineurs entre les arbres qui peuvent se développer au fil du temps. Ils absorbent également les chocs et les vibrations, augmentant ainsi la durée de vie des machines. Contrairement aux embrayages, les accouplements ne s’engagent et ne se désengagent pas.

Ces éléments de machine isolent également le transfert de chaleur entre les deux extrémités dans certaines applications. Par exemple, un moteur peut chauffer considérablement pendant le fonctionnement. Un accouplement empêche ce transfert de chaleur du moteur vers la machine appariée.

Certains raccords fonctionnent comme des fusibles. Si le couple dépasse une certaine limite, ils cassent et coupent la connexion entre les composants d’entraînement et entraînés pour protéger les machines sensibles. Un tel accouplement est connu sous le nom d’accouplement mécanique de sécurité contre les surcharges et est normalement utilisé pour la protection des moteurs et des systèmes d’entraînement dans les transmissions de puissance.

Certaines applications des accouplements sont :

  • Générateurs
  • Contrôle de mouvement en robotique
  • Tringleries de direction automobile
  • Bateaux à aubes
  • Différentiels de voiture

Attaches

Dans les applications d’ingénierie mécanique, différents types de fixations sont utilisés pour maintenir ensemble deux ou plusieurs composants de machines. Ils créent des joints temporaires qui peuvent être démontés en cas de besoin. Certaines machines fonctionnent dans des conditions extrêmes. L’objectif principal des fixations est de protéger ces machines contre les pressions élevées, les forces excessives et les vibrations.

Dans la conception de machines, il est important d’être aussi précis que possible sur la conception ou la sélection des fixations dans les applications. Il s’agit de s’assurer que ces éléments de la machine peuvent gérer les efforts auxquels le produit sera soumis en service et que les machines peuvent fonctionner sans défaillance. Les fixations sont généralement en acier au carbone, en acier inoxydable ou en acier allié.

Quelques exemples de fixations sont les vis, les écrous/boulons, les goupilles fendues, les rivets et les circlips. Et ils sont utilisés partout, indépendamment de l’industrie. La seule question à se poser est de savoir si l’ensemble devra être démonté pour entretien ou non, comme dans le choix des rivets vs boulons et écrous.

Engrenages

engrenage conique de machine CNC

Les engrenages sont des éléments élémentaires de la machine avec des roues dentées pour transférer la puissance et la rotation entre deux arbres. Ils peuvent augmenter ou diminuer la vitesse angulaire tout en diminuant ou en augmentant simultanément le couple, en suivant les lois de la conservation de l’énergie. Essentiellement, ils agissent comme des leviers dans un système mécanique de traduction.

Les dents des deux engrenages s’engrènent et transfèrent la puissance de l’arbre d’entraînement à l’arbre entraîné. Habituellement, les arbres sont parallèles, mais des engrenages spéciaux sont capables de transférer la puissance entre des arbres sécants ainsi que des arbres non parallèles et non sécants.

La capacité de travailler efficacement dans n’importe quelle orientation signifie qu’ils se présentent également dans une variété de formes. La plupart des engrenages sont de forme cylindrique avec des dents le long de la circonférence. D’autres se présentent sous des formes qui ressemblent à un arbre (engrenage à vis sans fin) ou à une tige (crémaillère et pignon). D’autres encore ont des dents sur le visage au lieu de la circonférence (engrenages faciaux).

Bien qu’il soit important de sélectionner le type d’engrenage général, une attention particulière doit également être accordée à des facteurs tels que la norme de précision (DIN, AGMA, ISO), le besoin de dents rectifiées ou traitées thermiquement, les dimensions (largeur de face, angle d’hélice, module , nombre de dents, etc.) et plus.

Certaines applications des engrenages sont:

  • Horloges et montres
  • Boîtes de vitesses de véhicules
  • Horloges et montres
  • Mélangeurs et mélangeurs
  • Machines à laver et sèche-linge

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