Cours, fiches et exercices corrigésCours et exercices : choisis ton niveau

🛠️ Sciences de l'ingénieurPremière → BAC+3

🔧 Les liaisons mécaniques usuelles en 3D

Pivot, glissière, rotule, ponctuelle… Les ingénieurs décrivent n'importe quel mécanisme avec seulement dix liaisons ! Fais tourner chacune d'elles en 3D, regarde la pièce verte bouger, essaie de la pousser dans une direction interdite… puis teste-toi sur des liaisons mystères.

🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.

Ce que tu vois

  • Une liaison est l'assemblage de deux pièces (1 en bleu, 2 en vert). Les mouvements possibles de la pièce 2 par rapport à la pièce 1 sont ses degrés de liberté : au plus 3 translations et 3 rotations.
  • Chaque mouvement autorisé correspond à une composante non nulle du torseur cinématique {V2/1} : P, Q, R pour les rotations, U, V, W pour les vitesses de translation.
  • Quand un mouvement est interdit, la pièce bute : la liaison transmet l'effort (X, Y, Z) ou le moment (L, M, N) correspondant. Pour une liaison parfaite, mouvement libre et effort transmis s'excluent : Ic + Is = 6.
  • La liaison hélicoïdale a deux composantes non nulles, P et U, mais un seul degré de liberté : la translation est imposée par la rotation (un tour = un pas).
  • La linéaire annulaire, la ponctuelle et la rotule autorisent toutes les trois rotations ; seule la rotule n'autorise aucune translation.

Expériences à faire

  • Sur une ponctuelle, coche la translation suivant z : que se passe-t-il ? Quelle est la seule composante non nulle du torseur statique ?
  • Compare le pivot et le pivot glissant : quel mouvement ajoute-t-on, et quelle inconnue statique disparaît ?
  • Pourquoi un cylindre posé sur un plan (linéaire rectiligne) peut-il rouler autour de x, mais pas basculer autour de y ?
  • Trouve deux liaisons qui ont exactement 3 degrés de liberté : en quoi leurs mouvements sont-ils différents ?
  • Choisis « ✏️ Ma liaison » et coche une translation suivant y et une rotation autour de y : quelle liaison usuelle obtiens-tu ? Invente ensuite une combinaison qui n'existe pas dans le cours.

Le cours derrière l'animation

  • Torseur cinématique de 2 par rapport à 1, écrit en O dans la base (x, y, z) : {V2/1} = {Ω2/1 ; V(O, 2/1)}, de composantes (P, Q, R) et (U, V, W). Le nombre de composantes indépendantes Ic est le nombre de degrés de liberté.
  • Torseur des actions transmissibles : {T1→2} = {R1→2 ; MO}, de composantes (X, Y, Z) et (L, M, N). Liaison parfaite : aucune puissance dissipée, donc chaque mouvement libre correspond à un effort nul et Is = 6 − Ic.
  • Degrés de liberté : encastrement 0 ; pivot, glissière et hélicoïdale 1 ; pivot glissant 2 ; rotule et appui plan 3 ; linéaires annulaire et rectiligne 4 ; ponctuelle 5.
  • Hélicoïdale de pas p : U = (p/2π) × P et L = −(p/2π) × X, d'où Ic = 1 et Is = 5.
  • Ces formes simples ne sont valables qu'en certains points (lieu de validité) : sur l'axe pour un pivot, au centre pour une rotule ou une linéaire annulaire, en tout point pour une glissière ou un appui plan.

Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉

ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.