Les machines sont constituées d’éléments de machine, qui sont des pièces individuelles de la machine qui se déplacent et ont un impact sur d’autres pièces pour faire fonctionner la machine. Bien qu’un élément de machine puisse être constitué de pièces structurelles plus petites, l’ensemble de la configuration qui exécute la fonction est considéré comme l’élément. Par exemple, une vanne se compose de plusieurs composants, dont un volant et un arbre ou une tige, mais seule la vanne entière serait appelée élément de machine. Il existe une grande variété d’éléments de machine différents, à la fois à usage général et à usage spécial, et leur conception optimale est un domaine d’étude majeur en ingénierie.
Les éléments de machine à usage général peuvent être utilisés dans n’importe quelle application et comprennent des éléments tels que des engrenages, des roulements et des arbres. Les engrenages sont des pièces rotatives avec des dents imbriquées qui tournent contre d’autres engrenages, les obligeant à tourner et à transmettre une force de rotation ou un couple. Les roulements sont utilisés pour supporter la force – un exemple est le roulement à billes, qui permet de réduire le frottement car il roule librement sous une pièce mobile. Les arbres et les accouplements, comme les engrenages, transmettent également le couple et sont utilisés pour connecter des pièces, en particulier dans les véhicules tels que les voitures et les motos. Bien qu’il existe de nombreuses variantes et d’autres types d’éléments à usage général, ils fonctionnent tous sur la base des mêmes principes de force et de mouvement et peuvent être incorporés dans presque toutes les machines si nécessaire.
L’autre catégorie principale d’élément de machine est l’élément de machine à usage spécial. Ces appareils utilisent également les principes de base de la force et du mouvement pour fonctionner, mais contrairement aux éléments à usage général, ils ne peuvent être utilisés que dans des applications spécifiques. Les pistons et les soupapes sont des exemples de telles pièces. Les vannes contrôlent le flux de fluide ou de gaz à travers un tuyau en obstruant le pipeline et peuvent être ouvertes ou fermées à l’aide d’un interrupteur ou d’une roue externe. Les pistons sont des composants mobiles utilisés dans les moteurs et les pompes pour transmettre la force de la pression du gaz ou du fluide dans une chambre cylindrique, ou pour expulser ce gaz ou ce fluide.
Lors de la conception d’un élément de machine, les ingénieurs cherchent à optimiser plusieurs facteurs. L’élément de la machine doit avoir une résistance et une durabilité suffisantes pour remplir sa fonction de manière fiable, mais doit également être aussi petit et léger que possible. Idéalement, il devrait également être facile et peu coûteux à fabriquer et à entretenir tout en restant conforme aux normes de l’industrie. Étant donné que la fonction de base de l’élément de la machine est la considération la plus importante dans la conception, le processus commence par adapter l’élément à sa fonction, puis en incorporant d’autres facteurs.