Ceci n'est pas une review d'un set Lego Technic, c'est une review de différentes pièces Lego Technic. L'objectif est de faire le lien entre ces pièces et des applications de la vie réelle.
Si parfois, ces pièces représentent bien des techniques utilisées sur des machines ou des véhicules, ils arrivent que les designers des pièces prennent quelques raccourcis parce que ça reste avant tout des pièces en plastique qui peuvent supporter beaucoup moins d'efforts que leurs homologues en métal. Du coup j'expliquerai à la fois les points communs et les différences.
Dans ce premier article, je parlerai uniquement des pièces et dans un second, des assemblages. Comme ça, ça ne fait pas trop d'un coup, que ce soit pour moi à écrire, ou pour vous à lire.
Pour information, les images des pièces qui vont suivre ont été réalisées à l'aide du logiciel gratuit stud.io qui permet de créer ses propres modèles sur ordinateur et de générer des rendus et des notices de montage. Si vous vivez dans moins de vingt mètres carrés et ne roulez pas sur l'or, cela permet de construire des modèles officiels à moindre frais et qui ne prennent pas de place si ce n'est quelques kilooctets sur votre ordinateur.
I) Les connecteurs
Il s'agit véritablement des pièces de base des Lego Technic si bien qu'il y'en a souvent plus d'une centaine par boîte et qu'en perdre un ou deux sous les meubles pendant la construction n'est pas trop grave. Il y'a quand même des exceptions à cette règle mais on en reparlera plus tard.
Comment ça marche?
Selon la couleur de la pièce et une fois insérée dans une autre pièce, les connecteurs peuvent tourner facilement ou difficilement. On a ici affaire au principe d'ajustement qui repose uniquement sur le jeu entre le connecteur et le trou dans lequel il s'insère. Plus le jeu est faible, plus il est difficile de tourner le connecteur. Mais il ne doit pas être trop important non plus sinon le connecteur peut bouger dans tous les sens. Sur l'image ci-dessous, à droite, les connecteurs que l'on peut difficilement faire tourner et à gauche leurs homologues qui tournent sans forcer.
On voit que les connecteurs de gauche présentent des surépaisseurs de quelques dixièmes de millimètres et c'est ça qui fait toute la différence. C'est aussi vrai pour les ajustements utilisés dans la réalité qui demandent des précisions pouvant aller jusqu'au micromètre. Heureusement tout ceci est extrêmement bien codifié et il n'est pas nécessaire de recalculer les diamètres à chaque fois.
Les vrais fans de Lego auront probablement fait un malaise à la vue de cette image car la pièce située au milieu à gauche est en vérité noire et non pas grise foncée. C'est un choix assumé, la couleur noire rendait les surépaisseurs difficilement visibles.
Ce problème de couleur est une transition parfaite vers une anecdote concernant les couleurs habituelles de ces connecteurs.
Le connecteur situé en bas à gauche sur la photo est en règle générale bleu. Mais il existe une variante blanche très rare, parce qu'utilisée dans une seule boîte et qui était une série limitée qui plus est. Donc si la variante bleue a un coût unitaire de deux centimes, il monte à presque 18 euros pour la variante blanche! Donc si vous en avez, mettez-les immédiatement en sécurité dans un coffre-fort.
Mais en réalité...
Il y'a d'autres types d'ajustement. Si pour les connecteurs, il n'y a que la possibilité d'avoir des assemblages bien tournants ou moyennement tournants, dans la réalité les ajustements peuvent être tels qu'il n'y ait aucun mouvement possible d'une pièce par rapport à l'autre. Dans ce cas, le diamètre extérieur du connecteur (On parle plutôt d'arbre dans le domaine mécanique) est supérieur au diamètre du trou (On parle d'alésage) dans lequel il s'insère et avec certains ajustements, il n'est possible que d'assembler les deux pièces avec une presse et le démontage devient complètement impossible, tout le contraire des Lego en fait.
Autre point, sur les Lego on ne joue que sur le diamètre extérieur des arbres, dans la réalité le diamètre d'alésage est tout aussi important. Il est vrai qu'il est difficile de mettre un code couleur sur toutes les pièces dans lesquelles les connecteurs peuvent s'insérer.
Dernier point qui rejoint un peu le premier, point de fentes sur les pièces métalliques pour permettent la mise en place et le maintien des arbres dans les alésages. Pour éviter que l'arbre sorte du cylindre, on utilisera principalement des circlips qui sont presque aussi faciles à retirer que des Lego mais qui tiennent bien les efforts.
II) Les engrenaches...euh pardon les engrenages
Comment ne par parler d'eux alors qu'ils ont inspiré le nom de ce blog?
Comment ça marche?
Les engrenaches... décidément ...les engrenages ont deux fonctions deux bases:
-transmettre un mouvement de rotation de proche en proche. Le sens de rotation est toutefois inversé en passant d'un pignon à l'autre.
-transformer la puissance d'un moteur en vitesse de rotation ou en couple sachant que le produit des deux est toujours égal à la puissance fournie. Pour cela la rotation doit forcément se transmettre entre deux pignons de diamètres différents. Si on passe du plus petit diamètre au plus grand, on augmente le couple et on réduit la vitesse de rotation et inversement. En Lego, il existe différentes tailles et couleurs de pignons.
Mais attention, on ne peut pas utiliser n'importe quelle paire de pignons. Les pignons de droite, dits cylindriques, ne peuvent pas fonctionner avec les pignons de gauche que l'on peut qualifier de conique. Les pignons coniques ne peuvent fonctionner que si ils sont dans deux plans différents alors que les pignons cylindriques que si ils sont dans le même plan. Les pignons du milieu, du fait de leurs arêtes arrondies, peuvent travailler avec toutes les sortes de pignons. On peut dire qu'ils sont à denture droite au milieu et conique sur les côtés.
Mais en réalité...
Si chez Lego, il arrive d'utiliser une série de pignons pour transmettre le mouvement entre deux points distants, dans la réalité on utilisera plutôt des courroies ou des chaines. Celles-ci étant bien moins chères et elles ont également l'avantage de ne pas modifier le sens de rotation. Il est vrai qu'il existe des maillons de chaîne en Lego mais je vous cache pas qu'ils sont chiants à assembler car de petite taille.
Il n'existe pas à ma connaissance dans l'industrie de pignons pouvant à la fois être utilisés comme pignons coniques ou cylindriques. Vu les efforts en jeu, c'est conique ou cylindriques.
Pour des raisons de compatibilité entre toutes les pièces, les pignons Lego sont uniquement à denture droite mais ils existent également des denture hélicoïdales ou à chevrons. Ce sont d'ailleurs les engrenages à chevrons qui ont inspiré le logo de la marque Citroën. Les deux derniers types sont principalement utilisés pour réduire les vibrations et les efforts qui sont peu problématiques sur des Lego.
Enfin, les axes qui portent les pignons n'ont pas un profil en forme de croix, ce serait beaucoup trop cher à fabriquer. Pour lier un pignon et son axe, on utilise des cannelures, c'est-à-dire de petites rainures sur l'axe dans lesquelles on insère les pignons. On peut également utiliser une clavette, c'est une petite pièce qui vient se loger dans l'axe et dans le pignon et qui peut être prévue pour casser si le couple appliqué est trop important et ainsi préserver l'axe et le pignon.
III) Le joint de Cardan
Comment ça marche?
Pour transmettre un mouvement de rotation entre des axes, les pignons c'est bien mais ils ne peuvent que transmettre le mouvement entre deux axes perpendiculaires ou parallèles mais pour tous les autre cas non.
C'est pour ça qu'il existe les joints de Cardan qui permettent de transmettre une rotation pourvu que l'angle entre les deux axes soit compris entre 0 et 45°. Au delà, il faudra prévoir plusieurs joints de Cardan. Si le mécanisme est bien conçu, il est même possible que l'angle varie.
Lorsqu'un axe est trop long et qu'il n'est pas totalement maintenu sur toute sa longueur, il a tendance à fléchir sous le poids. Il est alors nécessaire de mettre un joint de Cardan en bout d'axe pour compenser cela même si l'axe qui sera attaché est dans l'alignement du premier.
En Lego tout comme dans la réalité, le joint de Cardan a un défaut majeur: il n'est pas homocinétique. Cela veut dire que même si l'axe d'entrée tourne à une vitesse constante, la vitesse de rotation de l'axe de sortie varie. Le phénomène est peu important aux angles faibles et c'est pour cela que l'on peut quand même utiliser un joint de Cardan pour le cas d'au dessus mais aux angles les plus élevés, le phénomène est très gênant. Difficile d'imaginer des roues qui tournent de manière irrégulière que ce soit sur une vrai voiture ou sur un modèle Lego.
Ce problème peut être partiellement résolu en ajoutant un axe intermédiaire et un deuxième joint de Cardan pourvu que tous les axes soient dans le même plan. Mais ce n'est pas une solution optimale, il existe de véritables joints homocinétiques mais on reparlera dans le prochain article.
Mais en réalité...
Pas grand chose à dire si ce n'est sur le montage de la partie centrale. En Lego, la pièce centrale est mise en place en déformant les deux autres. Dans la réalité, on utilisera un montage un peu plus complexe à base de goupilles par exemple car le métal ne se déforme pas aussi facilement.
IV) Les actionneurs linéaires
Comment ça marche?
Mise à part pour certains boitiers de piles, il n'existe pas de système de fixation vis-écrou chez Lego. Leur système d'assemblage fonctionne très bien après tout.
Mais certaines pièces utilisent quand même un système vis-écrou, ce sont les actionneurs linéaires.
Pour comprendre le principe de ces actionneurs, je vous propose une expérience tout simple à reproduire chez vous: prenez une vis et un écrou et vissez ce dernier sur la vis.
Tournez la vis sans toucher à l'écrou, l'écrou tournera aussi. Mais si vous empêchez l'écrou de tourner, alors il se déplacera sur la vis.
Sur l'actionneur de gauche la vis est représentée par la partie orange et l'écrou par la partie gris foncé.
Sur l'actionneur de droite, c'est l'inverse, la partie orange représente l'écrou et les éléments gris foncé et blanc représente la vis. D'ailleurs cet élément blanc est en métal ce qui assez rare chez Lego pour être souligné mais il faut bien ça pour avoir quelque chose d'assez costaud.
Vous l'avez vu, peu importe la partie fixe et la partie mobile, c'est la rotation de l'une par rapport à l'autre qui créé la translation.
Le gros avantage des systèmes vis-écrous est que si l'angle de la vis est bien choisi, il est impossible de faire tourner la vis en appuyant sur l'extrémité gris foncé et l'actionneur ne bougera pas. C'est ce qu'on appelle l'irréversibilité. Avec cela votre modèle Lego restera dans la même position pendant des années et quelque soit le poids exercé dessus. Bon après à trop mettre de poids sur l'actionneur, il casse hein...
Mais en réalité...
Bon en fait en réalité ce système n'est pas du tout utilisé sur les vrais engins de chantier parce qu'il a un gros défaut: cela prend énormément de temps pour avoir un déplacement suffisant. Beaucoup se plaignent à juste titre de la lenteur de ces actionneurs sur les engins de chantier Lego alors imaginez en vrai.
Et puis il est très couteux de fabriquer des "vis" de très gros diamètres.
A la place on utilisera des vérins hydrauliques qui perdent la fonction irréversibilité mais qui sont beaucoup plus rapides. Ils ont leur équivalent dans le domaine des Lego Technic mais ça on en reparlera dans le prochain article.
Voila, c'est à peu près tout pour cet article. L'article suivant sera un petit topo sur les assemblages de pièces qui ont une fonction spécifique. Donc au programme du moteur, de la boîte de vitesses et aussi du pneumatique, parce que le pneumatique c'est bien :-)