La technique des Technic partie 2: les assemblages

Si les pièces présentées dans l'article précédent permettent de créer des modèles intéressants d'une centaine de pièces, ça reste assez léger quand on veut dépasser le millier de pièces.

C'est à ce moment-là qu'interviennent certains assemblages de pièces qui ouvrent de nouvelles possibilités. Alors attention, ces assemblages contiennent des pièces spécifiques. Elles n'ont pas été évoquées dans le premier article car elles n'ont pas grande utilité en dehors de leur assemblage du moins jusqu'à ce que un designer un peu fêlé décide qu'elles peuvent être utilisées pour représenter par exemple un arbre. On pourrait ainsi passer d'un arbre mécanique à un arbre vivant. C'est ça la magie des Lego!

I) Les moteurs "ancien design"

Monocylindre, flat six, V8, six cylindres en ligne voir même W16, Lego a modélisé une grande variété de moteurs avec un nombre assez restreint de pièces.

Petit hommage au quatre cylindres en ligne de ma voiture qui m'a emmené en tellement d'endroits...

Comment ça marche?

La partie basse appelé le vilebrequin est directement reliée aux roues du modèle. Donc lorsqu'on fait avancer le modèle, le vilebrequin tourne. Sous l'effet de ce mouvement de rotation, les tiges grises qu'on l'on appelle les bielles et les têtes jaunes que l'on appelle les pistons font des mouvements de va-et-vient dans les gros blocs gris que l'on appelle les cylindres.

Mais en réalité...

Sur les vrais véhicules, c'est totalement l'inverse. C'est le va-et-vient des pistons qui fait tourner le vilebrequin et donc les roues. Cette translation est rendue possible par une série d'explosions qui fait pression sur les pistons pour les faire se translater. On comprend mieux pourquoi Lego n'est pas allé au bout de la démarche lors de la reproduction du principe de fonctionnement des moteurs.

Certains ont quand même réussi à commercialiser des centrales nucléaires pour enfants...

II) Les moteurs "nouveau design"

Apparu récemment, ce nouveau modèle de moteur est remarquable de simplicité car il utilise des pièces très répandues.

Non ce n'est pas un hommage cette fois-ci, je n'ai pas de voiture six cylindres

Grâce à ce nouveau design de moteur, on dispose désormais de deux échelles pour représenter les moteurs et on peut donc intégrer un moteur dans des modèles plus petits qu'auparavant.

Certains modèles Lego avant l'introduction du nouveau design de moteur (Allégorie)

Comment ça marche?

Sous l'effet de la gravité, les pistons ont toujours tendance à descendre. C'est sans compter sur les poutres technic de longueur 2 qui poussent les pistons lorsque le vilebrequin tourne. Heureusement que ces poutres technic ont les extrémités arrondies, cela forme comme une piste à suivre pour le bas du piston.

Mais en réalité...

Simplicité oblige, ce type de moteur n'a plus grand chose à voir avec les moteurs traditionnels, il montre simplement la cinématique en jeu dans les moteurs

Dans la vraie vie, les pistons sont toujours liés au vilebrequin et ils sont entièrement inclus dans les cylindres totalement absents dans ce modèle.

Enfin si vous souhaitez construire une Porsche 911 ou une 2CV avec ce type de moteur, c'est impossible. Vu que ce moteur utilise la gravité, dans le cas d'un moteur à plat ça ne fonctionne plus du tout.

III) Les boîtes de vitesse à deux vitesses

On l'a vu, les engrenages (Vous avez vu? J'ai fait attention cette fois-ci!) permettent de transformer une puissance donnée en couple ou en vitesse de rotation. Mais bon, pour un engrenage, il n'est possible de transformer la puissance que d'une seule façon. Dans le cas d'une voiture on a besoin de couple à basse vitesse pour la lancer et de vitesse de rotation pour maintenir le mouvement à haute vitesse. Problème: le moteur ne fournit de la puissance que dans une plage très restreinte et il faut donc multiplier les façons de transformer la puissance. C'est ici que la boite de vitesse intervient.

Pour une boîte de vitesses, elle ne ressemble pas à une boîte et elle n'a pas l'air d'aller très vite...

Comment ça marche?

La pièce grise foncée peut coulisser sur la pièce blanche. Mais attention du fait des deux petites bosses sur la pièce blanche et d'une petite languette sur la pièce grise, la pièce grise ne peux prendre que trois positions: au centre, à gauche ou à droite. Lorsque cette pièce est centrée, même lorsque l'axe gris tourne, les pignons rouge et bleu ne bougent pas. Mais lorsque la pièce grise est décalée vers la gauche ou la droite, des petites cannelures sur la pièce grise entrent en contact avec d'autres cannelures se trouvant à l'intérieur des pignons et ainsi ils n'ont pas d'autre choix que de se mettre à tourner eux aussi. Et donc en choisissant l'un ou l'autre on peut choisir de créer davantage de couple ou de vitesse de rotation.

Ce principe peut aussi être utilisé pour activer deux fonctions alternativement à partir d'un seul moteur. Il suffit pour cela que l'axe rouge soit divisé en deux axes indépendants

Mais en réalité...

Alors bien sûr, les voitures actuelles ont généralement plus de deux vitesses mais ça on en parlera un peu plus tard.

La grande différence avec une boîte de vitesses classique et qu'ici il n'y a pas de synchroniseur. C'est à dire une pièce qui permet d'amener progressivement la vitesse de rotation du pignon à la vitesse de rotation de l'axe et qui empêche des phénomènes de craquement. Comme souvent, vu les faibles vitesses en jeu, ce n'est pas nécessaire sur une boîte de vitesses Lego.

IV) Les boîtes de vitesse à plusieurs vitesses

Maintenant que vous êtes bien rôdés sur les boîtes de vitesses à deux vitesses, il est temps de passer à quelque chose d'un peu plus costaud avec comme exemple la boîte huit vitesses de la Lamborghini Sian.

Je suis (presque) sûr que je n'ai pas fait d'erreurs de montage

Comment ça marche?

Le fonctionnement est peu différent des boîtes à deux vitesses. Ce qui change c'est la façon d'"activer" les pignons. C'est la pièce orange et son profil particulier qui fait le job. En tournant elle peut déplacer la pièce grise sur son support et ainsi créer un contact entre les pignons et cette pièce. L'ensemble des pignons activés va transmettre le mouvement par un chemin spécifique qui va définir la façon dont la puissance est transformée.

Vous l'aurez sûrement remarqué, le support change de couleur et de forme par la même occasion. La languette utilisée dans la boîte à deux vitesses demande pas mal d'efforts pour pouvoir déplacer la pièce grise et ceci risquerait d'abimer les pièces oranges. Pour remédier à cela le support ne présente plus de bosses. La pièce grise pourrait se déplacer sans restriction sur son support mais c'est sans compter sur le profil de la pièce orange qui va limiter le déplacement.

La pièce jaune ne sert qu'à faire la liaison entre un pignon et la pièce grise dans le cas où le design de la boîte ne permet pas qu'ils soient l'un à côté de l'autre.

Mais en réalité...

Je ne vais pas faire un cours complet sur les boîtes de vitesses, il y'a énormément de mécanismes qui entrent en jeu. Mais il y'a un détail qui saute aux yeux quand on compare une boîte de vitesses en Lego et une vraie boîte.

Tout d'abord, une boîte de vitesses comporte uniquement deux axes: l'axe d'entrée relié au moteur et l'axe de sortie relié au roues. Tous les pignons sont placés sur ces deux axes et c'est uniquement en faisant le lien entre le pignon et l'axe qu'on arrive à transformer la puissance.

Si on devait construire une vraie boîte de vitesses selon le modèle Lego, il faudrait plus de pièces. Par exemple plus de roulements à bille pour faire tourner les axes intermédiaires. Cette boîte serait donc plus chère qu'une boîte de vitesses classique mais aussi moins fiable car en multipliant les pièces, on augmente aussi le risque qu'une pièce casse.

Si Lego a fait ce choix de design c'est sans doute parce que cela limite le nombre de pièces différentes à créer et cela permet d'avoir une boîte de vitesses moins longue.

V) Les différentiels

Que ce soit en vrai ou en Lego, j'ai toujours été étonné par la simplicité des différentiels. Ils permettent grâce à quelques pignons bien agencés de faire tourner les roues à différentes vitesses lors d'un passage en courbe et ainsi compenser la différence de distances à parcourir entre chaque roue et ceci sans aucun capteur ou système sophistiqué.

Les différentiels: des systèmes qui ne laissent pas indifférent...

Comment ça marche?

En temps normal, la grande pièce grise est entraînée en rotation par l'axe moteur et tout les pièces qui y sont liées tournent avec. Mais si l'on freine l'un des deux axes gris, le pignon central va également se mettre à tourner et va transmettre à l'axe laissé libre un surplus de vitesse égal à la vitesse que l'autre axe a perdu.

Mais en réalité...

On pourrait un peu pinailler sur le système d'attache du pignon central qui n'est pas très résistant mais dans l'ensemble ça colle bien avec la réalité. En même temps c'est un système assez simple.

VI) Les joints homocinétiques

Les joints de Cardan ne sont pas homocinétiques certes, mais il ne faut pas oublier qu'ils ont été inventé il y'a près de 500 ans et que c'était pas forcément la priorité de l'époque. Plus récemment, c'est-à-dire au début du XXème siècle, on a inventé les joints homocinétiques dont Lego nous propose deux exemplaires.

Contrairement aux joints de Cardan, c'est à vous de les assembler, préparez l'huile de coude!

Comment ça marche?

Pour commencer, il faut savoir que les deux assemblages ont strictement la même fonction, celui de droite a été introduit pour des véhicules où les efforts à transmettre sont beaucoup plus importants.

Le mouvement est transmis par un petit plot qui s'insère dans une rainure. Ce petit plot a plusieurs degrés de liberté et peut ainsi être adapté à des axes qui ne sont pas du tout alignés mais quand l'axe d'entrée tourne, le plot va forcément entrer en contact avec les parois de la rainure sur l'autre pièce et faire tourner l'autre axe.

On pourrait croire que les pièces grises claires sont celles qui portent le plot et les grises foncées la rainure, que nenni et du coup on est un peu emmerdé sur la définition de pièce mâle et femelle dans ce cas-là.

Mais en réalité...

J'ai de gros doutes sur la possibilité d'adapter ce système sur un vrai véhicule. Quand on étudie les joints homocinétiques qui équipent les vrais véhicules, ils sont beaucoup plus complexes et ne se résument pas à deux pièces. Regardez par exemple la structure d'un joint Rzeppa qui est aussi dure à prononcer qu'à fabriquer.

Comme souvent chez Lego, les faibles efforts en jeu justifient l'utilisation de ce type de design.

VII) Les circuits pneumatiques

Est-ce que je vous ai déjà dit que j'aimais les circuits pneumatiques de Lego? Donc quoi de mieux pour finir cet article?

On dirait pas comme ça, mais le pneumatique c'est bien

Comment ça marche?

A gauche en bleu vous avez la pompe. Lorsqu'on actionne de l'air sous pression sors par le petit embout. Cette pompe fonctionne en association avec un moteur électrique mais il existe aussi une pompe que l'on peut actionner à la main mais elle n'est pas encore modélisée dans stud.io.

L'air sous pression est amené aux différents composants via des tubes flexibles qui ne sont pas représentés ici car ils ne sont pas présents dans stud.io et parce qu'en plus c'est un cauchemar pour gérer les éléments flexibles sous stud.io.

Au milieu vous avez de petits connecteurs pour lier les tuyaux à la structure du modèle et aussi pour créer des embranchements dans le circuit pneumatique. Le trou pour faire passe l'air ne semble pas très grand mais cela suffit largement.

A droite, les différents types de vérins utilisés. Ils peuvent avoir des courses différentes et transmettre plus ou moins d'effort. L'effort maximal qu'ils peuvent transmettre est proportionnel à leur diamètre.

Pour les faire fonctionner, il faut bien évidemment injecter de l'air sous pression au niveau d'un des embouts mais aussi chasser l'air sous pression qui se trouve de l'autre côté.

C'est le rôle du distributeur que l'on peut voir à côté de la pompe. L'air comprimé arrive au niveau de l'embout central. Et faisant pivoter l'axe d'un côté ou de l'autre, l'air comprimé est injecté d'un côté du vérin et est chassé de l'autre côté, ce qui déplace la tige du vérin.

Mais en réalité...

Les machines de chantier n'utilisent pas de vérins pneumatiques mais des vérins hydrauliques. C'est-à-dire que l'air comprimé est remplacé par de l'huile sous pression. Cela permet de transmettre plus d'efforts. Les vérins pneumatiques sont généralement utilisés pour des machines de production. On comprend parfaitement Lego dans son choix d'utiliser du pneumatique, si ce n'est pas bien monté, cela peut fuir et tout saloper.

Ce n'es pas aussi dangereux que les moteurs à explosions mais bon...

Justement parlons d'étanchéité. Avec ces tuyaux flexibles, l'étanchéité est assurée uniquement par l'élasticité des tuyaux et ce n'est pas top. Des colliers de serrage au niveau des embouts auraient été une bonne solution mais vu la taille des tuyaux, ça aurait été chiant à serrer.

Et voilà c'est à peu près tout pour les assemblages. Il y'en a d'autres qui existent mais j'attends qu'ils soient disponibles dans stud.io pour en reparler alors n'hésitez pas à revenir régulièrement sur le blog pour des mises à jour.