Définition:
Les cames sont des dispositifs mécaniques permettant la transformation de mouvement connus (rotation et parfois translation) en mouvements dont on peut définir précisément :
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Le déplacement (appelé "levée" de came)
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La vitesse, en particulier lorsque l'on souhaite des accostages à vitesse faible ou des phases de mouvement à vitesse constante (correspondant à des levées dites stationnaires),
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L'accélération permettant ainsi une gestion mieux maîtrisée des effets d'inertie (chocs et vibrations).
On peut en première approche classer les cames en trois familles :
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les cames circulaires où l'axe de rotation de la came est perpendiculaire à l'axe du poussoir,
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les cames tambours où les deux axes de la came et du poussoir sont parallèles,
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les cames rectilignes qui transforment une translation en une autre translation.
Avantages et inconvénients:
Avantages :
- On peut configurer la came de façon à faire varier le déplacement de la tige d'un mouvement de translation à un autre.
- Ce système permet une réduction considérable de la vitesse.
- Il permet des ajustements précis.
Inconvénients :
- Les pièces s'usent rapidement et elle nécessite un besoin constant de lubrification.
- Le risque de vibrations importantes est présent si la came tourne à grande vitesse.
Modélisation:
La came a la particularité d'avoir un rayon variable. La loi cinématique d'entrée/sortie dépend donc de la forme de la came. En fait, la forme de la came doit être déterminée en fonction de la loi d'entrée/sortie souhaitée.
Un système came-tige peut être représenté par le schéma ci-contre :
- Entrée : énergie de rotation, caractérisée par une vitesse angulaire ω et un couple C.
- Sortie : énergie de translation, caractérisée par une vitesse linéaire V et une force F.
Paramètres :
- Le rayon variable détermine la course = rayon maximum - rayon minimum.
- Le rendement.
Grandeurs de flux :
Le mouvement de la tige est périodique. Il dépend de la forme de la came.
On fait l'hypothèse que le mouvement de rotation se fait à vitesse angulaire constante.
Pour connaître la vitesse de la tige, il faut dériver la course de la tige par rapport au temps.
Dans l'exemple suivant la came est de forme elliptique.
Grandeurs d'effort :
La tige est généralement rappelée par un ressort. La force exercée par le ressort est de la forme : F = F0 + k . L
- F0 : précontrainte
- k : raideur du ressort
- L : longueur de déplacement de la tige
La puissance en entrée est égale à la puissance en sortie au rendement près :
Ce système est complexe en raison de la variabilité de la forme de la came. Il est préférable de déterminer le couple de manière expérimentale.