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Vissage et dévissage des pédales de bicyclette (suite)

par pcla, le 05/09/2014 à 11:20 - 397 visites

Bonjour,
Sur une bicyclette, la pédale droite se visse à droite, la pédale gauche se visse à gauche. Donc, lorsqu'on pédale, cela va dans le sens du dévissage, des 2 côtés, alors qu'en toute logique on s'attendrait à l'inverse. Quelqu'un peut-il m'expliquer ce paradoxe ?
Merci

Réponse du Guichet du savoir

par gds_se, le 06/09/2014 à 14:06

Bonjour,

Beaucoup se sont interrogés comme vous sur ce « paradoxe » et voilà la réponse à cette « grande question » :

Comme vu dans la page « démontage des pédales » , pédales gauches et droites sont différenciées par le sens du filetage. La pédale droite est normale, la pédale gauche a son pas inversé.

La raison est, si l'on conservait un pas à droite pour les 2 pédales, que la pédale gauche se dévisserait sous l'effet d'un auto-desserrage. En effet, sous l'effet du pédalage, des forces sont appliquées aux axes de pédale, malgré les montages sur billes, et les entraînent en rotation sur eux-même. Ce qui produit un effet d'auto-serrage à droite, mais aussi à gauche du fait du pas inversé.


(Source : Sens de montage des pédales sur un vélo / Dépann’ vélo)


Explication plus détaillée sur le blog Math’ O Man :

Pour fixer les idées parlons de la pédale droite. Imaginons pour simplifier qu'il n'y a que l'axe A de la pédale et concentrons-nous sur le moment quand le pied du cycliste exerce une force maximale sur A : c'est au moment de la descente, là où A se trouve en avant. Le vecteur de force du pied possède une composante horizontale qui va vers le devant et, puisqu'il touche la partie supérieure de A, fait tourner A dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette force de rotation est dans le sens opposé de celle du frottement des billes du roulement mécanique, mais apparemment elle est plus grande. Donc au final l'axe se serre dans la manivelle.


Cette force est appelée « précession mécanique » :

C’est à cause d’un effet qui travaille en sens contraire (dans ce cas) : la précession mécanique.

“La précession est la rotation d’une pièce circulaire dans un trou circulaire en raison du jeu entre les deux pièces sous l’action d’une force radiale tournante sur la pièce intérieure. Le sens de rotation de la pièce intérieure est inverse à celui de la rotation de la force radiale.”

La source du couple de desserrage est donc la force radiale sur l’axe de la pédale, la force avec laquelle vous appuyez sur la pédale, et non pas la force de frottement du roulement à billes. Cette force radiale produit un couple de desserrage en raison du jeu entre l’axe de la pédale et la [manivelle]. On peut se le représenter avec un crayon dans un tube de papier de toilettes : en tenant le crayon, déplacez le crayon dans le tube : il y a une force qui tend à faire tourner le crayon le long de son axe, en raison du frottement avec le tube.
Le couple du à la précession est bien plus élevé que le celui en sens inverse du au frottement des roulements, donc les fabricants de vélos négligent ce dernier, et le filetage est conçu pour que la précession serre les pédales.


(Source : Pourquoi les pédales de vélo se vissent à l’envers / Pourquoi, comment, combien)

Image
"Animation of mechanical precession" by Chris Shannon - Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons



Bonne journée

Réponse de Jackovélo

par Jackovélo, le 06/11/2014 à 15:31

Je ne pose pas de question je voulais seulement donner une précision sur une réponse d'une demande "pourquoi le pédalier à droite sur les vélo.

La majorité du monde étant droitier le port de la bicyclette se fait sur l'épaule droite et le pédalier et la chaîne nuiraient au transport se qui est le cas pour les gauchers qui se retrouvent avec le pédalier dans les reins.

L'autre explication viendrait de la culture du cheval où le vélo a été associé dans les premiers temps, le guidage et la monte du cheval se fait du côté gauche cqfd

Réponse du Guichet du savoir

par gds_se, le 06/11/2014 à 16:02

Merci à Jackovélo pour ces précisions !

Réponse de pcla

par pcla, le 12/12/2014 à 23:02

Bonjour,

La réponse apportée à cette question ne m'ayant pas apporté pleine satisfaction, j'ai poursuivi mes propres recherches, dont voici le résultat:

Les premiers fabricants de systèmes manivelle-pédale, utilisant des filetages standards à droite, ont dû avoir la surprise de constater que, même bien serrée, la pédale de gauche finissait toujours par se dévisser, ce qui les a conduits à inverser le sens de filetage de celle-ci.

La pédale de droite se visse donc à droite, et celle de gauche, à gauche. Étant donné que, quand on pédale, la pédale de droite tourne à gauche par rapport à la manivelle, et inversement pour le côté gauche, ce sens de vissage est paradoxal puisque « on dévisse quand on pédale ». Peut-on lever ce paradoxe ?

Concentrons-nous sur la pédale de droite, étant entendu qu’à gauche tout est inversé.

Considérons le schéma suivant :
Schéma filetages

Les correspondances sont les suivantes:
> Le cercle rouge (extérieur) représente le filetage de la manivelle (fixe ici, tournant à droite dans la réalité).
> Le flèche verte tournant à gauche représente la force radiale exercée par le pied du cycliste sur l'axe de pédale (tournante ici, verticale et dirigée vers le bas dans la réalité). La pédale tourne à gauche par rapport à la manivelle, donc cette force radiale tourne également à gauche.
> Le cercle bleu, roulant sans glissement sur le cercle rouge, représente le filetage de l'axe de pédale. Le carré bleu, solidaire du cercle bleu, a pour unique fonction, dans l’animation, de visualiser la rotation à droite du cercle bleu. Cette rotation est donc inverse à celle de la force radiale.

Il faut partir de l’hypothèse que les deux roulements à billes de la pédale jouent parfaitement leur rôle, c'est-à-dire que la seule action exercée par le pied du cycliste sur l'axe de pédale est une force radiale (passant par l’axe de pédale et perpendiculaire à cet axe). Aucun couple, de serrage ou de desserrage, n’est exercé par la pédale sur l’axe de pédale.

Le schéma ne donne qu’une vision partielle de la façon dont les choses se passent. En effet, l’effort exercé par le pied du cycliste étant en porte-à-faux par rapport à la manivelle, cette force se traduit par deux pressions tournantes extrêmement fortes exercées aux deux extrémités du filetage de manivelle, de sens opposés. Autrement dit, si on prend la manivelle comme repère fixe, l’axe de pédale décrit un cône tout en tournant sur lui-même. Si la force sur la pédale est de 80 kg, celle sur le bord extérieur du filetage est de 520 kg et celle sur le bord intérieur de 440 kg. Ces pressions opposées font se revisser l’axe quand il est dévissé (par roulement sans glissement d’un filetage sur l’autre, comme le schéma dans sa version animée le montre très explicitement), et se traduisent par un glissement très faible entre les deux filetages qui lui-même se traduit par un couple de serrage permanent, lorsque l’axe de pédale est serré.

Ce double mouvement de rotation de l’axe de pédale, dans un sens en décrivant un cône et dans l’autre sens sur lui-même, n’est pas sans rappeler les mouvements de rotation à caractère gyroscopique (toupies et autres), ce qui explique peut-être qu’on lui donne parfois le nom de « précession mécanique », bien que tout cela n’ait rien à voir avec les gyroscopes.

De façon très contre-intuitive, ce couple de serrage est de plusieurs ordres de grandeur supérieur à celui résultant d’un éventuel grippage de la pédale, ce qui fait que la sécurité fonctionne même quand l’un des roulements à billes de la pédale est défectueux, malgré donc le couple de dévissage exercé par la pédale.

Réponse du Guichet du savoir

par gds_ctp, le 13/12/2014 à 09:01

Merci pour ces précisions !

Réponse de pcla

par pcla, le 20/09/2017 à 20:37

Je tiens à préciser, sans esprit de polémique mais simplement pour que les lecteurs du Guichet du savoir ne soient pas induits en erreur sur cette question du vissage en sens inverse de la pédale de gauche, que la réponse faite par le Guichet du savoir en renvoyant au site "blog Math’ O Man" comporte une erreur qui ne permet pas de comprendre. La phrase "Cette force radiale produit un couple de desserrage en raison du jeu entre l’axe de la pédale et la pédale" est à remplacer par "Cette force radiale produit un couple de desserrage en raison du jeu entre l'axe de pédale et la manivelle". Ce jeu rend possible le vissage de la pédale (il est inhérent à tout filetage), il subsiste lorsque l'axe de pédale est vissé dans la manivelle. Le jeu entre l’axe de la pédale et la pédale n'est à l'origine d'aucun couple de desserrage.
Petite précision supplémentaire: il existe un autre filetage à gauche sur un vélo (même raison): celui de la cuvette du roulement à billes droit de l'axe de pédalier (côté pédalier).

Réponse du Guichet du savoir

par gds_db, le 21/09/2017 à 11:52

Merci à vous pour ces précisions !
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