Qu’est-ce qu’une came ?
Une came est un composant mécanique qui peut changer le type et la direction d’un mouvement. Le mouvement d’une came peut être modifié en le transmettant, par l’intermédiaire d’un contacteur, à une section entraînée. Par exemple, le mouvement de rotation d’une came circulaire peut être transformé en mouvement vertical par une section entraînée en forme de tige. La simplicité de la structure garantit une longue durée de vie et une maintenance réduite. Il s’agit également d’un dispositif très efficace et peu coûteux, car moins de force est transmise à d’autres pièces. Les cames se présentent sous différentes formes et doivent être utilisées en fonction de l’application.
Utilisations des cames
Les cames sont utilisées dans diverses machines et dispositifs où le sens du mouvement doit être modifié. La soupape d’échappement d’un moteur en est un exemple. Les véhicules à essence émettent de grandes quantités de gaz d’échappement lorsque le moteur est utilisé pour faire avancer le véhicule. Les cames sont utilisées pour évacuer ces gaz en douceur. Une came montée à l’intérieur du véhicule transforme le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de va-et-vient des soupapes. Ce mouvement de la came est transmis par la section entraînée pour ouvrir et fermer les soupapes en temps voulu.
Principe des cames
Les cames se présentent sous différentes formes et modifient facilement la direction du mouvement. Cette section présente les principes du mouvement et les caractéristiques de chaque forme. Les cames peuvent être divisées en deux grandes catégories :
- Cames plates
Il s’agit de cames dont la structure est plate et simple. Il existe des cames à plateau droit et des cames à plateau tournant. Dans une came à plateau droit, le mouvement alternatif d’une came présentant de légères irrégularités est utilisé pour transmettre un mouvement de haut en bas à la section entraînée, où le mouvement est transmis par le contacteur. Dans les cames à plateau rotatif, le mouvement vertical peut être transmis à la section entraînée à travers le contacteur par la rotation d’un plateau rotatif tortueux. Généralement, un plateau rotatif en forme d’œuf transmet un mouvement cyclique à un nœud entraîné en forme de tige ou de plateau. - Cames tridimensionnelles
Cames dont la structure est tridimensionnelle et plus complexe. Elles comprennent les cames cylindriques, les cames sphériques et les cames à plateau oscillant. Les cames cylindriques et sphériques ont des rainures dans leur structure tridimensionnelle, le long desquelles la section entraînée se déplace, ce qui permet des changements de mouvement complexes. Les cames à plateau oscillant donnent un mouvement vertical à la section entraînée en faisant tourner une surface inclinée.
Conception des cames
Pour concevoir une came, la première étape consiste à sélectionner le type de mécanisme de came. Plus précisément, il s’agit de déterminer la came (came plate ou tridimensionnelle) et le type d’installation entraînée (linéaire ou oscillante).
Ensuite, les détails du mouvement de sortie sont déterminés. Plus précisément, un diagramme de synchronisation pour la came est établi. Lors de l’établissement du diagramme, la méthode de chevauchement 1/2 est utilisée, c’est-à-dire qu’une came se déplace à mi-chemin et la came suivante commence à se déplacer.
L’étape suivante consiste à déterminer les paramètres du mécanisme des cames. Plus précisément, les conditions telles que la taille du mécanisme, comme l’angle de pression et la longueur du levier, sont déterminées.
L’angle de pression est l’angle créé par la direction de la force exercée sur la came par la section entraînée (axe) et la direction de la force exercée sur la section entraînée par la rotation de la came (normale). Plus l’angle de pression est faible, plus la charge (charge de pression superficielle) sur les surfaces en contact avec la came est faible et plus la came peut se déplacer en douceur.
Le diamètre de la came est déterminé sur la base de l’angle de pression maximal de la came. L’angle de pression maximal de la came est d’environ 30° pour les types à action linéaire et d’environ 45° pour les types oscillants, soit 45° ou moins pour les cames tournant à 100 tr/min ou moins et 30° ou moins pour les cames tournant à des vitesses plus élevées. Le diamètre extérieur de la came doit être réglé en dessous de cette valeur pour l’angle de pression maximal.
L’étape suivante consiste à calculer l’angle de pression, le rayon de courbure, dans les conditions déterminées aux étapes précédentes et à vérifier que la forme est appropriée. Concrètement, l’angle de pression et le rayon de courbure sont calculés de manière stricte. L’angle de pression maximal, le rayon de courbure convexe minimal, le rayon de courbure concave minimal, etc. sont vérifiés pour s’assurer qu’ils se situent dans les limites autorisées.
Enfin, les données relatives aux caractéristiques géométriques sont utilisées pour vérifier que la pression superficielle, la résistance des éléments mécaniques, la durée de vie en fatigue du contact de roulement et la rigidité répondent aux exigences de performance.
Les cames à action positive
Une came à action positive est un mécanisme qui transmet de manière fiable le mouvement de la came à la section entraînée. Lorsque la came tourne à grande vitesse, la section entraînée ne peut pas suivre le mouvement de la came. Ce mécanisme utilise un ressort ou un autre moyen de retenue pour s’assurer que la came peut faire son travail.
Parmi les exemples de mouvements de came positifs, on peut citer les cames frontales, les cames cylindriques, les cames coniques et les cames sphériques.