Bielle (mécanique)
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Une bielle et son piston
Une bielle et son piston

Une bielle est une pièce mécanique reliant deux articulations d'axes mobiles et permettant la transmission d'une force. On l'associe à la manivelle dans le système bielle-manivelle qui permet la transformation d'un mouvement de rotation continue en mouvement alternatif de rotation ou translation.

Origine

Le système bielle-manivelle représente sans doute la plus importante innovation du XVe siècle. La pensée technique allemande de cette époque nous a légué un manuscrit anonyme, daté des environs de 1430, dit "Anonyme de la guerre hussite"(1). Celui-ci comporte plusieurs dessins de moulins à bras qui constituent la première représentation figurée certaine de ce mécanisme : on y distingue parfaitement les bielles manœuvrées à bras, et les manivelles.

Par ailleurs, les techniciens se sont probablement très vite rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de...) compte qu'il existe deux points morts qui peuvent bloquer le système, de sorte qu'ils ont rapidement associé un volant d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme...) sur l'axe en rotation, volant constitué d'une roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) ou de barres en équerre munies de maillets et qui constituent l'ancêtre du régulateur à boules.

Généralité

La bielle est la pièce qui transmet le mouvement du piston au vilebrequin
La bielle est la pièce qui transmet le mouvement du piston au vilebrequin

Utilisées dans les moteurs thermiques, les bielles transforment le mouvement alternatif rectiligne des pistons en un mouvement rotatif continu (ou presque !) du vilebrequin.

Une bielle de moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de...) comporte deux alésages circulaires, l'un de petit diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la...), appelé pied de bielle', et l'autre de grand diamètre, appelé tête de bielle.

Le pied de bielle est engagé autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de l'axe du piston. L'axe de piston peut être libre dans le piston et serré dans le pied de bielle, serré dans le piston et libre dans le pied de bielle ou encore libre dans le piston et libre dans le pied de bielle (montage le plus répandu). La friction entre la bielle et l'axe est réduite par l'interposition entre les deux pièces mobiles d'une bague circulaire recouverte ou constituée de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux...) anti-friction (bronze, par exemple), ou de roulements (à aiguilles le plus souvent).

La tête de bielle, elle, enserre le maneton du vilebrequin. Pour permettre le montage dans le cas d'un vilebrequin assemblé, la tête est coupée en deux dans un plan diamétral perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb) et justifie la...) à l'axe général de la pièce. La partie coupée s'appelle le chapeau de bielle. Après montage, le chapeau (ou pontet) est réassemblé au reste de la bielle par des boulons. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est...), la bielle peut être d'une seule pièce si le vilebrequin est constitué de parties assemblées après montage de la bielle ; c'est la cas du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) à 2 cylindres des 2CV qui est assemblé par emmanchements serrés. L'embiellage (manivelle et bielle) n'est plus démontable.

La friction entre l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) bielle/chapeau et maneton est réduite par l'interposition entre les pièces mobiles de deux demi-coussinets en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.) recouverts sur leurs faces internes de métal anti-friction (généralement métal rose ou régule), ou de roulements.

Par suite d'un manque de lubrification ou d'un échauffement trop important, le métal antifriction peut fondre, et sa disparition entre les pièces mobiles provoque un jeu engendrant cognements et chocs destructeurs: on dit que la bielle est coulée, (en fait c'est le métal tendre qui a fondu et coulé)... . La bielle subit aussi des chocs lorsque le moteur subit le phénomène de cliquetis. Cela peut entraîner le bris de la bielle Pour éviter ces désagréments, encore assez fréquents il y a quelques années, têtes et pieds de bielles sont percés de petits conduits qui permettent à l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se mélangent pas à l'eau, mais, est...) moteur de circuler, de lubrifier et de refroidir les faces métalliques en contact. La conception moderne des chambres de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) limite le phénomène de cliquetis. Ceux-ci peuvent, toutefois, réapparaître lorsque l'on utilise un système de compresseur sur les moteurs à essence (les moteurs Diesel ne sont pas affectés).

Conception

La bielle doit être la plus légère possible pour diminuer les effets de balourd sur les axes. L'ensemble bielle + piston nécessite une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) d'équilibrage qu'on trouve sur la manivelle. Comme elle agit en transmetteur d'effort, la bielle est sousmise à des sollicitations de traction/compression (le plus souvent compression). Sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) est limitée par des considérations de résistance au flambage (Le flambage est la tendance qu'a un matériau soumis à une force de compression longitudinale à fléchir, et donc à se déformer dans une direction perpendiculaire à la force appliquée.). Sa section est donc la plus élancée possible (grand moment d'inertie). D'autre part, elle doit être la plus longue possible pour que le mécanisme bielle-manivelle observe un mouvement suffisamment régulier. Évidemment, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) est un savant dosage : une longue bielle rend aussi le moteur moins compact et sera forcément plus lourde. On cherche donc la forme optimale permettant la légèreté, la longueur et la résistance. Ce travail se fait en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que le développement du piston pour permettre une longueur maximale de la bielle sans sacrifier la solidité du piston.

Construction

La bielle est une pièce de forge. Le piston est, quant à lui, moulé. Une matrice emboutit la bielle avec ses œilletons sous-dimensionnés. Les œilletons sont usinés, la tête de bielle est alors coupée avec l'aide d'une guillotine pour permettre la fixation sur le vilebrequin (bielle démontable seulement). On peut ensuite fixer les coussinets. L'expression couler une bielle concerne ces coussinets qui, par défaut de lubrification, chauffent et...fondent. On notera aussi que, sur un moteur thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) monté dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) habituel (culasse en haut), la tête de bielle est en bas !

L'avenir

Le nouveau système MCE-5 s'apprête à révolutionner la bielle, celui-ci permet en effet un taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage, et noté τ. Deux définitions...) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable...); en outre, la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) étant quasiment toujours dans l'axe, la longueur de la jupe du piston peut être réduite (réduisant ainsi les frottements).

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