Distribution: Système Maudslay - L’essentiel

C’est un système avec un seul excentrique basé sur un ensemble d’engrenages :
- L’excentrique est monté sur un arbre parallèle à l’arbre moteur.
- L’arbre de l’excentrique est conduit par l’arbre moteur via une roue « M » , un attelage de deux pignons basculants, « P1 » & « P2 », et une roue « E ».
- Des biellettes articulées assurent en toute position de l’attelage l’engrènement de toutes les roues et pignons.
Pour synchroniser les mouvements de tiroir aux mouvements du piston il faut que les deux arbres tournent à la même vitesse. Donc le produit des trois rapports de réduction doit être égal à 1. Le plus simple pour satisfaire cette condition est de prendre des roues « M » et « E » identiques et des pignons « P1 » et « P2 » identiques.
Avec ces conditions, nous obtenons le schéma simple suivant :



• Le dessin est présenté avec des pignons de diamètre supérieur à celui des roues. Ce serait pareil avec l’inverse mais entraînerait un montage plus compliqué avec pignons et roues décalées sur leurs axes pour éviter les interférences entre les deux roues.
Prenons des points de référence sur la roue « M » et la roue « E ». L’arbre moteur étant bloqué, la bascule de l’attelage provoque une rotation de l’arbre de l’excentrique, et le calage du point « E » par rapport au point »M » est modifié.
Dans le cas présenté où le quadrilatère OP1P2O’ est un parallélogramme que nous déformons lors de la bascule, où les pignons sont identiques & où les roues sont identiques, la formule permettant de calculer l’angle « B » en fonction de l’angle de bascule « A » est simple :

B = 2 x A x (K+1)/K avec K = Nbre dents roues/Nbre dents pignons

Sur le dessin, nous avons choisi K=0,5 et un angle de bascule de 30°. Ce qui nous donne :
B = 2 x 30 x (0,5+1)/0,5 = 180°
Ce qui nous permettra bien de réaliser marche avant et marche arrière puisque en basculant l’ensemble « pignons » » nous avons changé le calage de 180°.

• Dans les conditions décrites (mêmes roues dentées, mêmes pignons, quadrilatère OP1P2O’ est un parallélogramme) nous pouvons calculer quelques valeurs typiques de l’angle « B » en fonction du rapport K :
K= 0,25 B= 10 x A ; K= 0,5 B = 6 x A; K = 1 B= 4 x A; K = 2 B = 3 x A
Le changement de calage peut être ce que vous souhaitez. Il suffit de changer la valeur de l’angle de basculement « A ».

Note : On peut fort bien travailler avec un trapèze au lieu d’un parallélogramme, par exemple en prenant 4 roues identiques et en écartant un poil les axes moteurs et excentriques pour éviter les interférences. Le système fonctionnera, simplement la formule ci-dessus n’est plus exacte et demandera des calculs différents (voir chapitre suivant…).

• Quelques remarques sur la conception d’un tel système :
- On voit rapidement que pour obtenir un changement de calage désiré de 180° (ce qui permet le passage de marche avant à marche arrière avec un tiroir normal), il faut un basculement de 18° avec K=0,25 ; 30° avec K=0,5 ; de 45° avec K=1 et de 60° avec K = 2. Pour éviter des soucis de montage, de réalisation et de fonctionnement (arcboutement) il sera certainement souhaitable de rester en dessous d’un basculement de 45°. Après, c’est un compromis avec l’encombrement…

- N’oublions pas que toutes ces roues et pignons sont entraînés à la vitesse du moteur et généreront des couples de réaction qui entraîneront l’attelage soit vers la droite soit vers la gauche. Il sera donc préférable d’avoir un basculement symétrique autour d’un axe vertical tel que présenté sur la figure suivante :



Attention toutefois au calage pour que le moteur fonctionne ! N’oublions pas que l’arbre moteur et l’arbre des excentriques tournent en sens inverse :
. Position « 1 » : Avec la manivelle "M" au PMB, le tiroir doit obligatoirement se déplacer vers le haut pour admettre la vapeur dans la partie inférieure du cylindre. Le point "E" sur le cercle d'excentrique doit donc obligatoirement « monter » et non pas « descendre ». Ce qui implique que l’arbre des excentriques doit tourner en sens horaire et donc l’arbre moteur en sens anti-horaire. Dans ce cas, l’arbre moteur entraînera bien l’attelage P1P2 vers la gauche. Si le calage avait été fait avec le point « E » à l’opposé (à 180° de la position du schéma), le point "E" descendrait au lieu de monter et la partie inférieure du cylindre se trouverait en échappement alors que le piston est déjà au PMB. Le moteur ne pourrait pas fonctionner.
. Position « 2 » : Cette fois, le moteur doit tourner dans le sens horaire pour garder le train d'engrenage dans cette position en maintenant l’attelage P1P2 vers la droite. Le point "E" se retrouve normalement à 180° de sa position initiale mais comme l'arbre d'excentrique tourne dans le sens anti-horaire il va bien de nouveau monter en ouvrant l'admission au cylindre inférieur.
On s'aperçoit donc que l'arbre moteur entraîne toujours le train d'engrenage dans le bon sens (en butée à droite ou gauche) si le point "E" est du bon côté pour que le moteur tourne. Il suffira alors de placer deux butées sur les biellettes OP1 et O’P2 pour éviter de faire travailler en permanence le servo et réaliser le réglage. En fait, la bascule se fera automatiquement dès que l’on aura dépassé le point médian dans un sens ou dans l’autre.

- Le guidage transversal des roues et pignons devra être soigné pour éviter que l’un ou plusieurs de ces éléments ne se mette « en travers » et bloque le tout. Ne pas utiliser des roues ou pignons de faible épaisseur.

Un avantage non négligeable du système « Maudlsay » : Le réglage fin de la distribution pourra se faire avec le moteur en marche puisqu’ il suffit de changer la position des butées ou tout bêtement dans un premier temps les courses droite et gauche du servo pour ajuster les calages.

Donc au final un système séduisant avec un seul excentrique par piston (l’arbre des excentriques et le système de pignons est bien sûr commun à tous les pistons). Mais système qui demandera une certaine rigueur et beaucoup de précision dans la réalisation. Un montage sur roulement sera un énorme plus dans la minimisation des pertes mécaniques. Et il faudra essayer de trouver des engrenages de bonne facture ! Rappelez-vous, tout tourne à la vitesse du moteur.

Quelques exemples :
- Un montage Martin Baylis Engineering :



- Une réalisation personnelle d’un de nos membres, « Bobino » :