📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
La torsion est une sollicitation simple où les sections droites d'une pièce (généralement un arbre de transmission) tournent l'une par rapport à l'autre autour de leur axe.
- Hypothèses : Section circulaire (pleine ou creuse), matériau homogène et isotrope, sollicitation dans le domaine élastique.
- Condition de résistance : La contrainte tangentielle maximale $\tau_{max}$ ne doit pas dépasser la résistance pratique au glissement $R_{pg}$. $$\tau_{max} = \frac{M_t}{I_0} \cdot v \leq R_{pg}$$ Où $v = R$ (rayon extérieur) et $I_0$ est le moment quadratique polaire.
- Formules du $I_0$ :
- Plein : $I_0 = \frac{\pi \cdot D^4}{32}$
- Creux : $I_0 = \frac{\pi \cdot (D^4 - d^4)}{32}$
- Condition de déformation : L'angle de torsion $\theta$ (en radians) est limité : $$\theta = \frac{M_t \cdot L}{G \cdot I_0} \leq \theta_{adm}$$ ($G$ : module de Coulomb).
Méthodes à maîtriser
- Calcul du couple $M_t$ : À partir de la puissance $P$ et de la vitesse de rotation $\omega$ (rad/s) : $M_t = \frac{P}{\omega}$.
- Dimensionnement : Isoler la contrainte $\tau$ pour trouver le diamètre minimal $D$ nécessaire.
- Vérification : Comparer la valeur calculée de $\tau$ ou $\theta$ avec les valeurs admissibles données dans le sujet.
Exemples corrigés
- Calcul de $\tau$ : Pour un arbre de $D=40mm$ transmettant $M_t = 200 N.m$. $I_0 = \frac{\pi \cdot 40^4}{32} \approx 251327 mm^4$. $\tau = \frac{200 \cdot 10^3 \cdot 20}{251327} \approx 15,9 MPa$.
- Calcul de $D$ : Si $\tau_{adm} = 50 MPa$, on utilise $D = \sqrt[3]{\frac{16 \cdot M_t}{\pi \cdot \tau_{adm}}}$.
Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir les unités (ex: mm en m, ou N.m en N.mm).
- Confondre le rayon $R$ et le diamètre $D$ dans la formule de $\tau$.
- Utiliser $I_G$ (flexion) au lieu de $I_0$ (torsion).
- Oublier de convertir la vitesse de rotation $N$ (tr/min) en $\omega$ (rad/s) avec $\omega = \frac{\pi \cdot N}{30}$.