Torsion : Comprendre la torsion

Il existe plusieurs types de charges mécaniques agissant sur un objet, l’une d’elles est la torsion. Cette publication aborde les bases de la torsion et propose des exemples d’applications concrets.

Qu’est-ce que la torsion ?

La torsion est un type de charge appliquée à un objet lorsqu’une force de torsion est exercée sur lui. Elle survient lorsqu’un objet est soumis à une rotation provoquant une déformation inégale.

Parmi les éléments courants affectés par la torsion en ingénierie mécanique, on trouve les arbres de rotation, les arbres d’entraînement et les arbres moteurs, qui absorbent continuellement des couples.

Ces éléments sont souvent en acier ou en aluminium. Dans des conditions de fonctionnement spécifiques, des matériaux de haute performance comme les matières plastiques renforcées par des fibres de carbone peuvent aussi être utilisés.

Les matériaux sélectionnés doivent offrir une bonne rigidité et une forte résistance à la torsion.

Exemple de torsion

On retrouve un exemple typique de torsion dans les treuils à câble (par ex., lorsqu’une grue soulève une charge). Dès que le treuil tourne, il tire sur le câble, mais celui-ci résiste en raison de la force due au poids.

Comme le câble est enroulé sur un tambour, une distance se crée entre le câble et le centre de l’essieu, ce qui, avec la force de poids appliquée au câble, génère un couple de torsion. Le couple de torsion résultant agit alors sur l’arbre, qui subit une torsion, et la rigidité de l’arbre doit compenser ce couple.

Théorie de la torsion

La théorie de la torsion stipule qu’un objet soumis à une force de torsion se déforme de manière proportionnelle à cette force. Autrement dit, la déformation d’un objet est directement proportionnelle à l’intensité de la force de rotation.

Couple de torsion

Le couple de torsion est une mesure de la force de rotation appliquée à un objet. Il est défini comme le produit du rayon de l’objet et de la force de rotation. Il peut être calculé de nombreuses façons, mais la méthode la plus courante utilise les bras de réaction au couple. Le bras de réaction au couple est une valeur mesurée indiquant l’intensité de l’action du couple sur l’objet.

Le couple de torsion T se calcule en multipliant la force F, agissant sur le levier par la longueur r du levier.

Angle de torsion

La charge appliquée entraîne une torsion de la barre, spécifiée par l’angle de torsion (θ_t)

Vibrations de torsion

Les vibrations de torsion sont des vibrations mécaniques déclenchées par la rotation d’un corps solide autour de son axe longitudinal. Ces vibrations se produisent dans de nombreuses applications mécaniques telles que les moteurs, les unités de transmission et les tournevis. Elles sont indésirables, car elles peuvent entraîner la destruction complète d’une application.

Mais attendez une seconde ! Comment la torsion peut-elle être utilisée dans des applications mécaniques ?

Les ressorts de torsion sont une utilisation typique des forces de torsion.

Les ressorts de torsion sont des ressorts soumis à des contraintes de couple. Ils sont souvent utilisés dans des applications nécessitant une force de couple ou de rotation.

Les ressorts à jambes constituent un type de ressort de torsion. Ils sont composés d’un fil à section transversale circulaire et peuvent être enroulés à droite ou à gauche.

La charge maximale d’un ressort à jambes dépend du matériau, de la section transversale du matériau et de la longueur de la jambe.

Pour obtenir une force de ressort accrue, il est possible d’utiliser plusieurs ressorts à jambes montés sur un même essieu.

D’autres types de ressorts de torsion incluent les ressorts de barres de torsion, les ressorts de torsion hélicoïdaux et les ressorts à rouleaux.

Un exemple d’application des ressorts de torsion est leur utilisation comme élément de charnières à ressort pour porte à fermeture automatique ou comme éléments de pré-tension pour des poignées de porte à cliquet.