Mécanismes à came

Exemple de transmission de puissance par cames : le moteur automobile
Exemple 1 : Pince Génus
Exemple 2 : Indexeur

Les cames sont des dispositifs mécaniques permettant la transformation de mouvement connus (rotation et parfois translation) en mouvements dont on peut définir précisément :

  • Le déplacement (appelé "levée" de came)
  • 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),
  • 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 :

  • les cames circulaires où l'axe de rotation de la came est perpendiculaire à l'axe du poussoir,
  • les cames tambours où les deux axes de la came et du poussoir sont parallèles,
  • les cames rectilignes qui transforment une translation en une autre translation.

Les animations ci-dessous présentent les principes de fonctionnement de ces trois familles.

 

 

 

La mise en oeuvre des systèmes à cames nécessite le maintien du contact entre la came et le poussoir sur lequel elle agit. Il s'agit le plus souvent de dispositifs à ressorts. Une autre solution consiste à placer la came dans un cadre mais cela impose que celle-ci ait une largeur constante, ce qui ne permet pas toutes les lois de mouvement (voir croquis ci-contre).

 

 

La représentation

Animation came à galet 

Représentation schématique

 

 
 
Principaux types de cames  

Came plate

Came tambour

Came rectiligne

Une came plate transforme un mouvement de rotation continu en une translation alternative du poussoir pour peu qu'un maintien de contact soit garanti entre le poussoir et la came, c'est ce principe qui est utilisé au sein d'un moteur à explosion où les cames de l'arbre à cames actionnent un poussoir qui lui même agit sur les culbuteurs qui commandent les soupapes.

Cette famille de cames se présente sous deux formes géométriques principales : soit une rainure dans le tambour qui déplace un doigt mobile en translation (situation courante pour piloter des opérations de bobinage) soit une forme en bout qui pilote un poussoir dont le mouvement est parallèle à l'axe de rotation de la came appelée "came cloche".

On désigne sous ce nom un ensemble très varié de cames dont le mouvement moteur est une translation permettant d'obtenir un mouvement attendu d'un poussoir ou d'un levier.

Caractéristiques cinématiques                                                                                                                

 Le diagramme de came définit la levée, la vitesse et l'accélération. A titre d'exemple la came Morin se caractérise par une accélération constante sur un demi tour, et les courbes ci-contre décrivent son comportement cinématique.

Chaque came peut ainsi être définie par son diagramme de came.

 

Afin de limiter le frottement entre came et poussoir, et donc les pertes et l'usure,  on installe un galet qui roule sans glisser sur le profil de la came lorsque cette dernière tourne. La pince de serrage Génus offre un exemple de galet roulant sur une came rectiligne.

Ce très ancien moteur Citroën présentait déjà un arbre à cames pour la commande de l'ouverture des soupapes. Les dispositions constructives ont aujourd'hui bien changé, du point de vue de la structure et des positions géométriques, mais le principe demeure !
Exemple 3 : Etau à excentrique