Mécanisme de levier à bascule - Comment fonctionne-t-il ?

Le mécanisme de levier à bascule est un principe technique utilisé pour générer ou exercer de grandes forces avec relativement peu d’utilisation de la force. Ce principe est principalement utilisé dans l’industrie afin de sécuriser les positions sans recours permanent à la force, par exemple avec des serrages rapides.

Exploiter et forcer le transfert

L’effet levier est un phénomène fondamental qui explique le transfert de force dans les mécanismes de levier. Il est basé sur la relation entre la force exercée sur un levier, la distance de cette force par rapport à un point d’appui et la charge que le levier porte.

Le transfert de force est le processus par lequel la force exercée sur le levier est transférée vers un autre point. Un levier est un corps rigide qui peut tourner autour d’un point fixe, appelé point de pivot. Des forces peuvent être appliquées à différents pivots le long du levier pour soulever ou déplacer des charges. La force exercée sur le levier est également appelée force de compression ou force de traction. Cette force est exercée à une extrémité du bras du levier ou à un point entre le point de pivot et l’extrémité. La taille et la direction de la force de compression déterminent l’efficacité du déplacement de la charge. L’effet levier est créé par les différentes longueurs des bras de levier des deux côtés du point de pivot. Si le bras de force est plus long que le bras de charge, une force plus petite peut déplacer une charge plus importante. Inversement, si le bras de charge est plus long, une force plus importante est nécessaire pour déplacer la même charge.

Comment le mécanisme de levier à bascule fonctionne-t-il ?

Le mécanisme de levier à bascule est un principe mécanique qui est souvent utilisé dans diverses applications telles que les dispositifs de serrage, la pression ou le mouvement de transfert. La fonction du levier à bascule est basée sur l’utilisation de deux bras de levier ou plus qui sont connectés les uns aux autres afin qu’ils puissent former un angle semblable à celui du genou.

Le levier à bascule se compose d’au moins deux bras de levier rigides de longueur fixe reliés entre eux par un connecteur. Le mécanisme fonctionne de sorte que la longueur fixe des leviers force le mouvement du levier à se terminer par un mouvement latéral de l’articulation de raccordement. Lorsque le levier à bascule est déplacé au-delà de la position droite, il peut supporter de grandes charges avec relativement peu d’efforts lors de l’utilisation d’une butée fixe.

La fonction du mécanisme de levier à bascule est basée sur l’effet de levier et le transfert de force déjà expliqués. Selon l’orientation des bras de levier l’un vers l’autre, l’effet de levier augmente la force de compression exercée par les extrémités du levier avec une extension croissante du levier à bascule avec une force constante sur le connecteur. Le verrouillage automatique se produit avec une position presque droite du levier à bascule, ce qui signifie qu’une force de maintien faible est déjà suffisante pour absorber une charge très importante ou pour maintenir la tension.

Comment un levier à bascule est-il constitué ?

La constitution d’un mécanisme de levier à bascule se manifeste par sa capacité caractéristique à créer une force de serrage ou de force de retenue avec un effort minimal dès que le mécanisme est amené en position « surétendue ». Voici les principaux composants et leur fonctionnement :

• Bras de levier : Le levier à bascule se compose d’au moins deux bras de levier. Ces bras sont reliés ensemble pour former un angle similaire à un genou humain lorsque le levier est actionné.
• Connecteurs : Les bras de levier sont reliés entre eux par au moins un connecteur. Ce connecteur permet aux bras de levier de bouger les uns par rapport aux autres. Avec de nombreux leviers à bascule, il existe des connecteurs supplémentaires qui permettent une plus grande liberté de mouvement ou des séquences de mouvement spécifiques.
• Point de pivot : Le point de pivot est le point fixe autour duquel les bras du levier se déplacent. Dans un levier à bascule, le point de pivot peut se trouver sur l’un des connecteurs ou dans une partie distincte du mécanisme.
• Point de force : Il s’agit du point où la force est exercée sur le levier pour l’actionner. La position et le type d’application de la force peuvent varier en fonction de la conception et de l’objectif du levier à bascule.
• Point de chargement : La charge ou la résistance est exercée en ce point. C’est donc le point où la force de serrage exercée agit.
• Mécanisme de surextension : La clé du mécanisme à bascule est la capacité à atteindre une position dans laquelle les bras du levier et les axes de connexion sont alignés presque ou complètement sur une ligne. Dans cette position, souvent appelée « surextension » ou « excédant le point mort », le mécanisme atteint sa force de retenue maximale et se stabilise. Seule une force minimale est nécessaire pour maintenir cette position.

(1) Petit angle θ (2) Grand angle θ (3) Angle θ = 180° (point mort)

Mécanisme de surextension et verrou du centre mort passé

Comme déjà mentionné, les leviers à bascule ont un mécanisme de surextension qui permet aux bras de levier de se déplacer en position de surextension. Le mécanisme de verrouillage du point mort ou autobloquant est une caractéristique principale de ce mécanisme. Ce verrouillage automatique est responsable de la force de maintien élevée et de la force de serrage tout en exerçant une force minimale.

Le point mort dans un mécanisme de levier à bascule est le moment où les bras du levier et les axes de connexion forment une ligne droite. Dans cette position, le levier est étendu au maximum. Le point mort est le point où le mécanisme du levier à bascule exerce la force la plus importante. Cet état est très instable et se caractérise par de légers changements de force dans n’importe quelle direction.

Le verrouillage du point mort précédent se produit lorsque le mécanisme est déplacé légèrement au-delà de ce point mort. Dans cette position surétendue, les bras du levier sont alignés pour représenter une forme de genou légèrement plié. Si le connecteur du genou est trop étendu, il se verrouille automatiquement. Une fois cette position atteinte, seule une force minimale est nécessaire pour maintenir le levier en position verrouillée. Ce type de mécanisme de verrouillage est particulièrement utile dans les applications qui nécessitent une force de serrage forte et permanente sans exercer constamment une force manuelle. Par exemple, les clés, les fermetures à déclic et les dispositifs de maintien dans la technologie de fabrication.

Où les leviers à bascule sont-ils utilisés ?

Le mécanisme de levier à bascule est souvent utilisé pour les applications qui nécessitent une force de serrage ou de maintien forte avec un effort de force continu minimal. Par exemple, les dispositifs de serrage dans les machines-outils, les dispositifs de serrage en production et les mécanismes de verrouillage dans divers dispositifs. Les leviers à bascule sont également utilisés pour verrouiller ou fixer les composants.

L'exemple suivant illustre une bride de levier à bascule, constituée de deux composants reliés entre eux par deux accouplements. Le composant fixe est la ligne AB, le levier est la ligne CD. Lorsque le levier est actionné, le point D se déplace autour du point A parce que le point C se déplace autour du point B. Le point mort avec la ligne BCD est atteint pendant le mouvement. Dans cet état, la force d’action maximale est générée sur le composant. Le point mort est un état instable, tout changement forcé peut modifier cet état. Afin de réaliser une force de retenue élevée sur le composant - sans avoir à exercer de force sur le point D pendant toute la durée - le mécanisme est conçu de telle sorte que le point mort soit dépassé dans le sens de la flèche rouge. Le mouvement se termine avec le support de la tête de serrage sur le composant (non illustré).

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