Atelier XIXème

Très intéressante cette petite étude "empirique" ! Mais à notre échelle, c'est souvent le meilleur moyen d'obtenir des données....
Rien ne remplace l'expérience en situation.....
A une époque, j'avais bidouillé une "appareil maison" pour la dureté du plomb et de ses alliages. Un bon ressort, un comparateur, une pointe dure et les courbes était suffisamment explicites pour les chiffres dont j'avais besoin......
Bonnes recherches pour cet embrayage.....

Hello,
Dans le cas de la mesure de cisaillement, je pense que la force de friction des aimants sur la plaque de séparation n'est pas prise en compte. 100 gf à 4mm de distance me paraît un peu trop considérable. J'aurais plutôt fait le test avec des rouleaux en matière amagnetique. Il est facile d'en faire plusieurs séries de différents diamètres au tour, pour s'affranchir des forces de friction.

C' est vrai que je n' ai pas parlé de friction... Mais quand je regarde comment se fait la manip, il n' y a pas vraiment de mouvement:
- l' aimant 1 est fixe verticalement en appui sur la balance.
- L' aimant 2 au départ est fixe au droit de l' aimant 1.
- j' appui très progressivement sur l' aimant 2.
Rien ne bouge vraiment. Bon sous l' effet de 2, 1 doit sans doute se déplacer de quelques centièmes en comprimant le plateau de la balance et donc frotter sur la plaque... Effet des frottements sur ces quelques centièmes de déplacement lent???
Et en accentuant la poussée l' aimant 2 cède brutalement. De nouveau pas vraiment de déplacement avant le décrochage... C' est la valeur à ce moment que j' ai tenté de mesurer...
Sûrement une marge d' erreur... Mais la quantifier???

Salut,

Bon, maintenant que j’ai des valeurs approchées des forces de cisaillement (Fc) et d’attraction (Fa) générées par ces petits aimants, je peux essayer diverses configurations et calculer les couples et forces résultantes.
Le type de montage sera celui-ci :

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Les aimants sont montés en couronne, collés dans leur logement et en alternant pôles Sud et pôles Nord.
- La formule permettant de calculer le couple transmissible « C » est on ne peut plus simple :
C = n x Fc x L
Avec « n » le nombre d’aimants montés sur le plateau et « L » la distance du centre des aimants à l’axe de rotation du plateau.
- Et la force d’attraction totale : FaTotale = Fa x n

• Influence des paramètres:
Le couple transmissible dépend donc de trois facteurs :
- le nombre d’aimants « n »
- La force de cisaillement « Fc » qui, pour des aimants donnés, dépend uniquement de l’écartement « e » des plateaux menant et mené.
- La distance « L » du centre des aimants à l » axe du plateau.

La force parasite d’attraction FaTotale dépend elle de deux facteurs :
- Le nombre d’aimants
- La distance « e » entre les aimants.

Les formules sont simples mais pour tester diverses configurations, on a un paquet de multiplications à faire… J’ai donc mis Excel à contribution pour me calculer tout ça et pour pouvoir jouer rapidement avec les variables. Voilà une table résumant couples et forces parasites avec deux nombres d’aimant différents (montage à 6 ou 8 aimants) et trois distances « L » (15, 20, 25mm).

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La bonne nouvelle, c’est que, en théorie, on peut transmettre un couple important : Dans la version 8 aimants, L=25mm et e=0,2mm on monte à plus de 10kgf/cm…
Oui, MAIS la mauvaise nouvelle c’est que dans cette configuration le couple d’accrochage reste élevé même lorsque les aimants sont écartés de 4mm : 1,4kgf/cm… Aurait-on vraiment un débrayage ?
Même chose pour la force axiale qui peut monter à 10kgf ! Ça commence à faire beaucoup.
On est donc dans un cas typique où le mieux sera sûrement l’ennemi du bien ! On ne peut pas simplement prendre la configuration donnant le couple transmissible le plus élevé en se disant « On aura de la marge ! ».
Il nous faut une configuration donnant le couple « nécessaire » avec une marge raisonnable d’erreur et pas plus ! Et toute la difficulté est dans l’estimation de ce couple « nécessaire » !!

• Les couples revisités :
Dans le post précédent nous avions estimé le couple instantané fourni par le moteur à max = 6,4kgf à mi-course du piston et nul au PMH & PMB. Dans ce moteur monocylindre les variations de couple sur un cycle sont très prononcées et sont « lissées » par l’effet d’inertie d’un volant conséquent. Que doit-on vraiment transmettre à la sortie de la boîte de transfert ?
On va donc revenir à une approche plus classique du calcul du couple moyen.
- A l’aide du calculateur VapCalc, on calcule la puissance théorique délivrée par le Stuart50.
Cylindrée : 6,25cm3. Vitesse de rotation (régulée) : 680trs/mn. Sous 3b chaudière.
Et on trouve 14W.
Puissance = Couple x Vitesse angulaire.
On en déduit (avec les bonnes unités) Couple moyen moteur = 2kgf/cm.
- Cette puissance sera transmise à la boîte de transfert via poulies et courroie.
Le volant servant aussi de poulie de sortie du moteur a un diamètre de 84mm. La poulie d’entrée sur la boîte sera d’environ 40mm. Aller on va dire un ratio de 2.
- « Rien ne se perd et rien ne se créée » … Et en ignorant les pertes par frottement :
Puissance sortie moteur = Puissance sortie boîte transfert
Cm x Vm = Ct x Vt et donc Ct = Cm x (Vm/Vt)
Avec Cm et Ct couples respectifs du moteur et de la boîte transfert, Vm et Vt  vitesses angulaires respectives du moteur et de boîte de transfert.
Avec dans notre cas Vm/Vt= ratio inverse des poulies = 0,5.

Et le couple moyen à la sortie de la boîte de transfert serait donc de 1kgf/cm sous 1360trs/mn.
Bien loin des 6,4kgf, maximum instantané du moteur !
Et si l’on veut se ménager une marge de réglage confortable, on pourrait cibler un couple à transmettre de 2kgf/cm…

• Conclusions :
- Du coup, en se référant au tableau des différentes configurations, il semble que 6 aimants sur un plateau de Ø40mm soient largement suffisants. Une distance entre aimants de 1 à 2mm ira bien ce qui de nouveau laisse une marge sympa pour les rattrapages de jeu, mauvais alignements, etc… et évite de devoir aller chatouiller le centième dans les usinages…
- Mais en toute honnêteté, après tous ces calculs et cette théorie, je ne suis pas trop sûr comment vont s’établir les flux magnétiques au démarrage entre le plateau tournant et le plateau à entraîner…  Un peu de glissement, à-coups, accrochage brutal ?  
- Quelle est la qualité du lissage du couple ? Est- ce que la boîte de transfert verra les variations ? Et donc quel est le bon couple à prendre pour les calculs ?
- Difficile d’aller plus loin dans la modélisation sans rentrer dans le détail des flux magnétiques et là c’est un autre niveau…

Je suis en Terra Incognita !!!… Je crois sage d’essayer de faire un petit montage pour tester tout ça…

Encore un truc qui paraissait très évident et sympathique et qui devient un projet à part entière et pas si simple… Et un autre projet dans le projet… je ne sais pas si j’ en verrai le bout…

démonstration ! Le moins que l'on puisse dire , c'est que Rookie réfléchi toujours avant d'agir !
Je crois que je vais mettre une courroie avec un galet tendeur sur le mien sur le mien!!

Une autre solution relativement simple : le train epicycloidal avec un frein à bande sur la couronne extérieure. J'ai peur que le système à aimants permanents ne soit pas assez progressif pour transférer le couple moteur de l'arbre menant à l'arbre mené.

Pour avoir une idée du couple moteur : un frein de Prony et un pèse-lettres

Je sais que cette technique a été employé par des modélistes sur des sous-marins radio commandé pour avoir une transmission totalement étanche;
le disque menant étant dans la coque du sous-marin et le disque mené dans l'eau de l'autre coté d 'une fine cloison étanche.
Il y a peut être des exemples de montage sur le net ,je n'ai pas cherché.

Oui, c' est quelquefois employé sur les modèles de sous-marins. C' est ce qui m' avait donné l' idée d' un truc comme ça y a quelques années. Mais c' est très peu documenté..
Leur problème est un peu différent:
- Il ne l' utilise pas comme embrayage. le couplage est permanent,
- Ils ont l' avantage d' avoir un moteur électrique, donc couple connu ET constant.
- Ils peuvent démarrer tout doux...

je ne vais pas échapper à quelques essais complémentaires...

Salut,

Pour comprendre le comportement et vérifier la validité (ou pas !!!) de ce couplage magnétique et puisqu’il n’existe que très peu de détails sur ce système, je n’ai pas d’autre choix que de réaliser un montage de tests avant éventuellement de lancer les dessins et la fabrication !

• Construction :
- Les plateaux « Menant » et « Mené » sont réalisés à partir de rondelles de noyer découpées à la scie-cloche. Les dimensions choisies sont celles définies comme probablement « OK » par la théorie et les essais précédents : Ø de 40mm environ et 6 aimants par plateau :Une rondelle de 10mm d’épaisseur comme base et une rondelle de 3mm d’épaisseur pour y encastrer les aimants.
- Le plateau « Menant » sera collé sur son axe.
- Le plateau « Mené » sera monté sur roulements à billes.

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- Les aimants sont collés dans leur logement, en alternant pôles Nord & Sud. Et voilà donc les deux plateaux de test :

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• Attraction axiale :
La première manip est de vérifier/mesurer la force d’attraction axiale.
- Montage simple : Les deux plateaux sont séparés par des feuilles de CTP d’épaisseur variable.
- Et via un peson, on mesure la force d’arrachement.

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Les valeurs sont du même ordre de grandeur que celles estimées précédemment, probablement plus précises : Avec « e » l’espacement des plateaux :
e = 3mm → Ft = 0,8kgf
e = 2mm → Ft = 2,1kgf
e = 1mm → Ft = 2,6kgf
e = 0,8mm → Ft = 3kgf

• Transmission du couple:
Pour faire ces essais, j’utilise mon petit tour «Unimat» :

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- Le plateau «Menant» est monté dans le mandrin du tour et le plateau «Mené» sur la poupée mobile.
- La vis de manœuvre de la poupée mobile permettra de régler finement l’écart «e» entre les plateaux et de maintenir la position.
- Éventuellement, un carré en bois pourra être monté dans le porte-outil et, par frottement sur la tranche du plateau « Mené », simuler un couple résistant.

Note : N’ayant pas de frein de « Prony », j’ai inventé une nouvelle mesure de couple : L’échauffement de la peau de mes doigts ! Plus le couple est élevé et plus ça chauffe…      

• Les tests d’accouplement :
1 - Le but étant de vérifier la possibilité d’utiliser ce système comme un embrayage, le mandrin est lancé, vitesse de rotation d’environ 1450trs/mn.
2 – Le plateau « Mené », monté sur roulements n’offre pratiquement aucun couple résistant. Il est progressivement rapproché du plateau « Menant ». Jusqu’à «e»=10mm, il ne se passe rien.
3 – A partir de ce point, le plateau « Mené » commence à réagir et se met doucement en rotation. Sa vitesse augmente avec la diminution de « e » et finalement le plateau « Mené » se synchronise avec le plateau « Menant » lorsque « e » atteint environ 4mm.
4 – A cette valeur de « e » on détecte déjà un couple transmis non négligeable mais je peux arrêter facilement le plateau « Mené » sans échauffement sensible de mes doigts !
5 – Avec «e» à 2mm, le couple transmis a considérablement augmenté. J’arrive encore à bloquer le plateau « Mené », mais ça commence à bien chauffer…
6 – Avec « e » à 1mm, le couple transmis continue à augmenter et je n’arrive plus à le bloquer… Ca brûle les doigts avant le blocage…
7 – Pour simuler un couple résistant, je mets une cale en bois dans le porte-outil et je la mets en frottement sur le disque mené. Je jauge à la main (très scientifique…) la valeur du couple. Assez conséquent par rapport au couple qu’opposera la génératrice et les petites machines-outils je pense. Et je fais des essais de débrayage et embrayage sous charge. Ils se font sans soucis avec « e » autour de 1,5mm.
Tout ça sur un petit film :

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• Conclusions :
Le principe est validé !!! Je pense que l’on peut en faire un bon embrayage, assez original…
Il faudra tenir compte de quelques particularités lors du dessin :
- Force de débrayage assez conséquente autour de 3kgs (mais au final, pas plus élevé que pour un embrayage à disques…). Levier et système à dimensionner correctement.
- Voir dimensionnement et type des butées pour encaisser l’effort axial.
- Course de débrayage assez longue, autour de 5mm…
- Prévoir un système de réglage fin de l’espace entre plateaux.
- Apparemment des plateaux en fer doux devraient encore améliorer les performances avec un meilleur bouclage des champs magnétiques.
- Il ne reste que l' ambiguïté sur le couple variable de la machine à vapeur qui n' a pas été levée... Mais à voir le couple que je peux transmettre je ne crois pas que cela sera un problème...

Voilà ! J’espère ne rien avoir oublié de vicieux… Vos critiques et commentaires plus que jamais souhaités… Avant de lancer les dessins...

Superbe démonstration
J ai une question pour un futur projet personnel, si tu bloques le plateau mené et que le plateau menant tourne cela crée t il un échauffement ?
Merci de ton retour.

Je n' ai pas remarqué d'échauffement, mais je ne bloquais pas bien longtemps... Ce n' était pas le but des tests...
Combien de temps veux tu bloquer le plateau "Mené"? Je peux refaire un essai....

Bonjour,
Excellent travail comme toujours.
C'est un systeme d'accouplement effectivement original pour nos applications et relativement simple.
De plus, ton travail précédent et ton tableau de recap est une source utilisable importante.
Il serait interressant de faire un test de décalage axial pour voir le comportement et l'éventuelle perte de couple.
Peut-etre en montant le plateau mene sur le chariot transversal?
Mais c'est un autre montage.
En tous cas, merci.

Hello,
Voilà une série d'essais très intéressants avec des chiffres et des mesures très concrètes. Brubru soulève une idée qui pourrait faire son chemin. Est-ce que ce type d'accouplement ne pourrait pas remplacer nos classiques cardans en cas de désalignement plus ou moins important entre arbre moteur et arbre d'hélice ? Le gros avantage serait un gain de place assez considérable + un silence de fonctionnement et la disparition de vibrations néfastes. Ce n'est pas le propos de Rookie mais il serait intéressant de faire des essais en décalant les centres arbre mené/arbre menant jusqu'au décrochage ainsi que des essais de délignement angulaire.
Peut-être même fabriquer des cardans sans contact mécanique en disposant les aimants sur une couronne extérieure enveloppant une couronne intérieure également munie d'aimants. Cela aurait également l'avantage de supprimer un effort transversal néfaste. En poussant le délire un peu plus loin on pourrait imaginer des trains d'engrenage (réducteur ou amplificateur) sans bruit et sans contact. Tiens, tiens justement ça pourrait intéresser les tenants de la turbine qui demande une adaptation couple/vitesse.
En revenant à un système d'embrayage, ce qui était le sujet de départ, est-ce qu'il ne serait pas possible de faire varier la transmission du couple en interposant un écran métallique entre les deux plateaux pour perturber les champs magnétiques ? Ecran totalement baissé = transmission du couple annulée, écran totalement levé = transmission du couple intégral, avec toutes les positions intermédiaires possibles.

Chouette sujet avec toutes ces nouvelles questions qui apparaissent !
Pour revenir à ma question je souhaite réaliser un mécanisme avec des aimant pour arrêter une hélice toujours dans la même position.
Je veux savoir si en reculant l'aimant pendant la rotation de l 'arbre d'hélice il ne subsiste pas un phénomène d 'induction produisant un échauffement.
Mes aimants seront bien moins puissant que les tiens.

Salut,

Merci pour les commentaires! Je me sens moins seul à me débattre avec mon truc....Bon pour essayer de répondre à tout ça:

• Côté échauffement, j 'ai refait un test en gardant le plateau mené bloqué pendant 5mn avec 1,5mm entre plateaux (bon couple). Aucun échauffement des aimants ni des plateaux. Bon ils sont en bois. Le seul truc qui chauffait c' était le "petit" moteur de mon "petit" tour!!... Honnêtement je ne vois pas pourquoi ça chaufferait: On a pas de bobinage dans lequel pourrait s' établir un courant... Même avec des plateaux en acier (qui sont recommandés par certains sites) je ne vois pas un problème... Et si en plus tu écartes les plateaux tu peux dormir tranquille

• Je ne suis pas équipé pour faire des mesures fines des variations de couplage en fonction de l' alignement des aimants. mais je peux vous donner les infos trouvés chez un vendeur d' aimant et de systèmes de couplage magnétiques: D' après lui, on peut accepter un non parallélisme des plateaux jusqu'à 3° et un misalignement des axes jusqu'à 4 ou 5mm sans dégradation importante du couple transmis. C'est déjà pas mal!!! C' est assez logique au moins dans le cas de non parallélisme des plateaux: En un point l'entre-aimant sera plus important et donc couplage plus faible mais au point diamétralement opposé ce sera l' inverse donc entre-aimant moins important et couplage plus fort. Et en faisant la moyenne on doit s'y retrouver...

• Couper un flux magnétique n' est pas simple! Problème de blindage d' appareils sensibles... Une plaque fine d' acier ne fera pas l' affaire. Il faut utiliser des matériaux exotiques à forte susceptibilité magnétique et en mettre suffisamment épais pour que les lignes de champ restent bloquées dans le matériau... Mu-métal (μ-métal), ou mumétal, ou encore Mu-Metall. Il y a aussi Le permalloy et le supermalloy... Des trucs avec du nickel et du cuivre... Un peu au delà des limites de mon projet...

• Oui, on peut imaginer toutes sortes d' applications... A tester pour les courageux..

CQFD !!!!
Excellente démonstration......

Parfois, on se dit que c'est tout simple , mais si tu veux que ça le reste, surtout ne demande pas à Marcel ! !!
D'un autre coté, on n'a plus d'excuse suite à ses explications !
''Brilliant'' comme disent nos amis d'outre Manche !

Salut,

Il faut terminer l’ aéroréfrigérant.

• Dernières pièces reçues :

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• Assemblage et passage en peinture, sans oublier le couvercle pour le déshuileur du petit-cheval qui avait été laissé en échappement libre :

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• Ne reste plus qu’à tout assembler. Deux entrées "vapeur", une sortie eau condensée. Voilà ce que donne ce block aéroréfrigérant :

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• Et la modification du petit déshuileur avec la pose du couvercle avec sortie vapeur vers l’aéroréfrigérant et le bouchon de vidange :

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Il reste à tester l’efficacité de l' aéroréfrigérant avec une petite chauffe…
Il sera installé dans les combles de l’atelier, quelque part entre le petit-cheval et le moteur, avec la sortie d’eau retournant dans la bâche. Mais ça c ‘est encore une nouvelle histoire liée aux murs et structures hautes de l' atelier...

Voilà qui termine la partie purement « vapeur » du projet.

Hello,
J'aurais pensé que tu aurais installé l'aéroréfrigérant juste au dessus de la bâche, avec le fond entièrement ouvert permettant un écoulement des condensats à la pression atmosphérique. Tel que tu as conçu ton aéroréfrigérant, qui est entièrement fermé, le risque est que la température descende en dessous de 100°C et que l'enveloppe soit mise en vide partiel. Les condensats ne pourront plus alors s'écouler par simple gravité et il te faudra alors une pompe supplémentaire. Si tu veut garder la configuration que tu as imaginée, il faut laisser un espace entre le corps de l'aéroréfrigérant et la culotte qui récupère les condensats afin que l'enceinte de l'aéro reste à la pression atmosphérique. Il suffit pour cela de mettre quelques entretoises entre le corps et la culotte. Sinon l'aspect est super !!!

C'est vrai que c'est tellemnt beau qu'on dirait que ça a été construit par un chinois !

Bonsoir,

Oui, j' avais bien pensé le mettre au dessus de la bâche, mais maintenant que tout est en place, je réalise qu'il me faudrait presque 70cm de tuyauterie entre la sortie du déshuileur du moteur et l' entrée sur l' aéroréfrigérant!!! je trouve que c' est beaucoup et que je vais condenser dans la tuyauterie avec retour au déshuileur...
J' essaierai donc de le mettre à mi-chemin entre le déshuileur du petit-cheval et celui du moteur... Mais du coup il me faut une tuyauterie pour emmener les condensats à la bâche.

Mais pas vraiment sur que je me trouve en dépression sur la cuvette de récupération. Que la température descende en dessous de 100°C, c' est ce que l' on espère pour condenser la vapeur. La dépression serait certaine si on avait un volume captif de vapeur se refroidissant, mais comme on alimente en permanence avec de la vapeur forcément au dessus de la pression atmosphérique par le dessus on ne devrait pas se retrouver en dépression... Enfin je crois! Un truc en dynamique pas très simple à imaginer ou quantifier...

Mes enveloppes sont sûrement loin d' être parfaitement étanches... Et si j' ai finalement un problème de dépression, plutôt que mettre des cales (difficiles à faire) je percerai un trou en haut de la culotte de récupération, qui de mémoire doit faire 15 à 20mm de profondeur...

Première chose est de vérifier ce qui sort de la bestiole... Encore de la vapeur, ou peu ou pas du tout????

Salut,

En ce beau dimanche de Pâques, la curiosité l’emportant sur la chasse aux œufs, j’ai réalisé le test de l’aéroréfrigérant…

• Montage :
Rien de plus simple ! Une alimentation sous 12v pour le ventilateur, une durite entre le déshuileur et une des entrées de l’aéroréfrigérant, un petit récipient en dessous.

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• Résultats :
13°C dans le garage… Pas bien chaud et un peu juste pour le tank à gaz, limite givrage (je soutire avec deux brûleurs de 100gr)… Mais ça le fait…
Chauffe terminée, 3b dans la chaudière et on lance la machine… Un petit bout de film:

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CA MARCHE ! On récupère bien l’eau de condensation dans le bocal. Ça goutte gentiment.
MAIS, car il y a un « mais », on est assez loin de condenser toute la vapeur sortant du déshuileur comme en témoigne le petit panache au-dessus du bocal. A l’œil je dirais que l’on doit condenser entre la moitié et les trois-quarts de la vapeur (comparaison des panaches avec et sans l’aéroréfrigérant).

L’air soufflé a la sortie est très chaud. L’échange de chaleur se fait donc et de manière assez efficace. Mais c’est insuffisant pour tout condenser.
Pour améliorer les performances, on ne peut jouer que sur deux facteurs :
- Augmenter la surface d’échange. C’est à dire multiplier les alternances des lames air/vapeur. Ce qui aurait l’autre avantage puisque l’on augmenterait la section de passage de la vapeur d’en ralentir le flux et donc de favoriser l’échange de calories.
- Augmenter le volume d’air frais injecté en boostant le débit du ventilateur.
Le modèle actuel a une surface d’échange autour de 5dm2, équivalent à la surface de chauffe de la chaudière… Le ventilateur a un débit de 9m3/h.
Il faudrait sans doute doubler la surface et monter deux ventilateurs côte à côte.
Mais du coup, on se retrouverait avec une vraiment grosse bête ! Pas très bien proportionnée sur la maquette.

AH ! Si Bobino, notre regretté expert des échangeurs thermiques, était encore avec nous, il m’aurait dimensionné tout ça pile-poil… Salut l’ ancêtre…

Bon, je pense que je vais garder les choses en l’état. Ça réduit quand même bien le volume de vapeur rejeté à l’atmosphère et ça reste très didactique…

Note : Bien sûr, en l’ état, aucun signe de mise en dépression…

Hello,
L'espacement entre les plaques est sûrement trop important. Les échanges de chaleur se font principalement sur les quelques dixièmes de millimètre les plus proches de la surface de la plaque. Pour une autre fois, si quelqu'un est intéressé par cette expérience, il serait peut-être préférable et plus simple de construction de rabattre les bords des plaques au lieu de fixer des plats d'espacement. Mettre un déflecteur sous l'arrivée de vapeur permettrait sûrement de mieux répartir la vapeur sur l'ensemble de la surface de l'échangeur en le rendant plus efficace.

Salut !
Ca semble bien condenser tout de mème pour un si "petit" échangeur ! As-tu comparé le volume d'eau utilisé pour faire de la vapeur et celui récupérer dans ton bocal ?
Pour une installation de type (modèle réduit) , je trouve malgré tout que toutes proportions gardées, c'est une réussite !