Conception Toupie à Bois Indépendante

Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
  • Auteur de la discussion
  • #1
Salut salut.

Je vous présente mon projet actuel. Etant dans l'art, création bois et métal, j'investit pour un atelier de mécanique pour de l'outillage, ainsi que des machines à bois pour le travailler. J'ai eut l'occasion d'échanger mon ancien gros tour contre un petit combiné bois en fonte. Le hic, c'est qu'une courroie plate entraîne la toupie avec moteur commun. Un 2cv qui entraîne la rabot-dégau en même temps que la toupie, c'est un peu léger. Ça c'est la petite histoire.

Le projet est donc de rendre indépendante la toupie, avec un moteur supplémentaire ainsi que les rapports de réduction qui vont bien afin d'avoir une bonne plage de vitesse, style gamme de toupie professionnelle en arbre de 30mm.

Je présente la démarche. J'ai à ma disposition : 1 table de toupie en fonte, un corps en fonte à visser sur une structure contenant l'arbre de la toupie, la manivelle + couple conique 45° pour faire monter descendre l'arbre, écrou bronze 18*4 trapézoidal + vis.

Donc 1/ : trouver un moteur. Une toupie pro fait dispose d'un 4cv. J'ai trouvé un 3 cv à 2820 tr/mn pour pas trop cher, se sera suffisant. Il faut donc dans un 1er temps calculer les rapports de réduction pour avoir une plage fixée d'origine. J'ai choisit : 1800 / 3000 / 6000 / 8400, ce qui correspond à une gamme pro, et la plupart de tous les outils.

Ensuite il faut dimensionner les plus petites poulies de chaque rapport à la vitesse de rotation Ni de sorte à transmettre au minimum 2,2 kW par plage. Je met un fichier excel à disposition où tous les calculs sont résumés. Je me suis pas trop posé de questions, tout est basé selon la méthode de "TEXROPE".

La démarche générale est donc :
1- choisir le moteur + les plages de vitesses.
2- jouer sur les diamètres de poulies (dans mon fichier les poulies côté toupie car encombrement réduit) de sorte à : a/ transmettre la puissance b/ respecter l'encombrement c/ avoir une tension de courroie acceptable d/ ne pas trop avoir d'écart sur la longueur de courroie nécessaire entre chaque rapport.
3- calculer les tensions et longueur de courroie. On boucle pas mal sur la méthode de calcul, mais l'idée c'est de jouer sur les paramètres jusqu'à avoir ce qu'il faut.

Bon, je me suis aperçut que j'aurai pu mieux optimiser mes longueurs de courroies, mais ça passe plutôt bien par rapport à ma table de toupie, donc j'en resterai à ce qu'il y a sur le fichier excel :
v1 : 1800 tr/mn : Dtoupie 132 mm / D moteur 84 mm
v2 : 3000 tr/mn : Dtoupie 100 mm / D moteur 106 mm
v3 : 6000 tr/mn : Dtoupie 80 mm / D moteur 170 mm
v1 : 8400 tr/mn : Dtoupie 63 mm / D moteur 188 mm

Ensuite j'ai calculé un ressort de torsion en fonction de la tension de courroie à admettre + du poids du moteur à bouger, le tout monté sur pivot. Je ne pense pas le faire, mais bon, c'est pour la science ...

Ensuite, sur ECMU-CSR, pour les vis trap, il y a un protocole de calcul. J'ai vérifié que l'écrou bronze supportera la charge, c'est bien le cas, avec 32% de sécurité environ. Tout y est expliqué.

Enfin, j'ai vérifié que le couple conique assurera la rotation en termes de contraintes mécaniques. Là les formules utilisées sont celles que j'ai trouvé sur le net, je ne sais pas si sont les bonnes, donc si vous avez de quoi dimensionner un engrenage conique ça m'intéresse. En fait il faut partir de la puissance à transmettre P (W), j'ai mesuré l'engrenage disponible : largeur b 10 mm, module 1,5, ce qui donne k=0,66. Ensuite avec le nombre de dent + limite élastique matière, on en déduit la largeur réelle nécessaire pour transmettre la puissance, je trouve 7 mm, pour 10 mm, c'est OK.

Voilà, concernant la conception, je me suis inspiré d'une toupie existante, il faut assurer la montée/descente du moteur avec l'arbre, ainsi que le changement/tension de courroie. Les poulies sont à moyeux amovibles, donc dispo sur "demande". Ça a le luxe de pouvoir même changer de longueur de courroie si vraiment ça ne passe pas en terme d'encombrement.

La platine est dans de l'acier S235 de 15 mm d'épaisseur. Vérification des contraintes par éléments finis, en prenant en compte le guidage supplémentaire de l'axe de pivotement du moteur connecté au bâti de la toupie. A noter qu'il y a un système de serrage sous la platine pour fixer la tension de la courroie. Cela fait aussi l'objet de raidir la platine, un peu comme une poutre en T. Moins d'1/100 de déplacement, 5 MPa de sur-contrainte, je pense que ça ira.

Finalement, j'aurai besoin : d'une découpe lazer/jet d'eau de la platine qui maintient le tout ( j'ai fait une demande à ce sujet), de me tourner quelques petites pièces, de me faire cette tôles pliées de 5 mm pour le moteur, et d'adapter la vis trap . C'est pas bien méchant, et je suis bien motivé.

Vos avis m'intéressent, peut-être ai-je manqué quelque chose, et si quelqu'un souhaite se lancer dans ce projet, ça fera une bonne base :)

A bientôt !Voir la pièce jointe Calculs Poulies Manchons.xls
PLATINE_SYSTEME_SERRAGE.PNG
SYSTEME_BAS.PNG
SYSTEME_HAUT.PNG
VUE_E175.PNG
VUE_E230.PNG
 
yvon29
Compagnon
31 Juillet 2012
3 177
FR-77250 Fontainebleau
Bonjour

beau projet,mais attention, tu joues dans la cour des grandes puissances /,vitesses..

concernant la motorisation: 4 kw (env. 5,5 Cv) me semble beaucoup sI tu n' utilises pas un entraîneur...
En tout cas en manuel,ça ne calera pas

je crains qu'une seule courroie ne puisse pas passer cette puissance sur ces diamètres / vitesses : ça risque de sentir le caoutchouc brûlé, et même d'user les poulies si elles ne sont pas en fonte ou en acier...As tu vérifié ca ?
un pb c'est que tu ne dois pas pouvoir mettre des grosses courroies sur de si petites poulies... à vérifier également.

il faut aussi que tu prévois un moteur avec démarrage étoile. / triangle (en tri 380/660 volts) ou un système de régulation pour le démarrage.

Le support moteur en tôle de 5 mm me semble un peu faible : je passerai bien en 10 au moins (ça évitera les vibrations...)
comme le système de tension de la (ou plutôt DES) courroies:
même motif, même punition!

il ne faut pas perdre de vue que sans assistance au démarrage, ni couplage étoile triangle, la traction sera 4000 w à zéro tour plus epsilon ; soit...proche mais inférieure (!!!) au l'infini

Je te laisse méditer...
 
lepierre
Ouvrier
1 Février 2013
412
Molain 39
Bonjour,
J'utilise depuis de nombreuses année une toupie Super Comète fabriquée par Feuschterling .
C'est une toupie lourde Avec un axe de 50 mm et un gros entraîneur.
Le moteur bi vitesse est un 5.5 Kw .
J'ai 4 vitesses disponibles 3000, 4500,6000, 9000 t/mn
Les roulements sont des "hautes vitesses cage céleron presque sans graisse
L'entrainement par une simple courroie plate de 40 mm.
Il faut tendre très fort mais cela fonctionne bien depuis longtemps.
J'utilise des plateaux à tenonner de 300 mm sans problème (3000 t/mn).
Je fabrique pas mal de fers pour les moulures en restauration.
Je crois que cela est interdit et les toupies n'ont plus la lumière de 6 mm pour les serrer.
C'est la fin d'une époque .....

Bonne semaine,

lepierre
 
ChtiGG
Compagnon
24 Avril 2009
1 636
FR-59 Lille
Bonsoir,
d'abord un détail : 30mm de diamètre d'arbre, ce n'est pas du pro, le pro c'est 50mm comme le dit lepierre mais ce n'est pas le plus important.
J'ai une question : comment prévois-tu la montée et la descente du bloc arbre-moteur ? Pour t'aider dans ta réflexion je te précise que sur ma lurem ce bloc se déplace dans un fût cylindrique avec entraînement par crémaillère. Si tu le souhaites, je te ferai des photos ou un scan de la doc technique.
A+
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
  • Auteur de la discussion
  • #6
Salut, merci pour vos réponses, comme je disais, j'ai fait ce post un peu "vite" ce matin avant de partir.

Alors concernant la toupie, il existe bien une gamme professionnelle en arbre de 30 mm chez HM Diffusion, moteur 4cv. Je n'ai trouvé qu'un de 3cv, donc j'ai dimensionné avec ça, et les abaques texrope sont assez bonnes. D'autant plus que j'ai prit des courroies SPA donc 13 mm de large. Il n'y aura aucun problème de transmission, pas besoin de poulies à doubles gorges. Je prends des trapezoidales à moyeu amovibles, car j'aurai juste à changer mon set de poulies, ce qui revient grosso modo au même.

La toupie de laquelle je me suis inspiré est une Guillet, toute en fonte. La tôle fait bien 5 mm sur celle-ci , pour un moteur de 4,4 kW soit 6 cv, autrement dit 49 kg . ici, le mien fait 19kg, presque 2,5 fois plus léger. Autre remarque, si on regarde bien la conception, cette tôle est tenue par l'arbre de guidage et de pivotement, serré de part et d'autre de la tôle. Le tout repose sur la platine qui connecte l'arbre, l'écrou bronze et l'axe de pivotement du moteur, donc en gros, c'est largement suffisant.

j'ai récup un démarrage triangle étoile supplémentaire que je calerai donc.
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
  • Auteur de la discussion
  • #7
Concernant le système de montée descente, je sais que la CAO n'est pas très explicite, j'ai pas mit tous les détails.

La platine, c'est la plaque où on voit le trou oblong circulaire. On y vis dessus le guide de l'arbre de la toupie, qui est un gros cylindre dans lequel il y a des roulements à double rangées oscillants. Ce gros cylindre fait donc office de guide pour la translation montée/descente de l'arbre. L'arbre y tourne donc à l'intérieur, et il y a 3 vis à 120 ° en bout ,grâce auxquelles je vais fixer ma platine.

Sur cette platine, on rajoute un axe rectifié que j'ai fixé à 25 mm de diamètre. Cet axe a plusieurs fonctions :
1- rajouter un guidage supplémentaire en translation de tout l'ensemble. l'ajuste de la bague de guidage que l'on peut voir connectée au bâti bleu de la toupie est important, car il rattrape tout le porte-à-faux du au poids du moteur.
2- rigidifier la tôle de maintien du moteur.
3- assurer le pivotement du moteur pour changement de gamme de vitesse.

L'écrou bronze que l'on peut voir en dessous est aussi fixé sur la platine. L'axe modélisé qui passe dedans est la vis trap de 18 mm de diamètre. Au bout de cette vis (non modélisé ici), dans le capot du bâti de toupie en bleu, il y a les engrenages à 45° qui font office de renvoi d'angle pour la manivelle qui sera sur le côté droit de la toupie (comme la plupart des toupies). On tourne la manivelle, ça fait tourner la vis, qui fait monter ou descendre la platine sur laquelle tout y est fixée dessus.

Le guidage en translation se fait donc 2 fois : une fois par le gros cylindre contenant l'arbre de la toupie, une seconde fois par l'axe de 25 mm à côté de la tôle, cet axe étant guidé par la bague connectée au bâti de la toupie.

J'espère que c'est plus clair :)
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
  • Auteur de la discussion
  • #8
Je continue un peu plus mes explications, car il y a beaucoup de détails que j'ai du considérer.

Le choix des poulies.
En regardant le fichier excel, il y a les abaques dedans ainsi que les calculs à réaliser. Ce que l'on voit par exemple, c'est que pour une vitesse de 1745 tr/min, pour un rapport de réduction inférieur à 1,06, la plus petite poulies pouvant transmettre les 2,2kW dont j'ai besoin est de diamètre 90 mm. J'ai du prendre 85 mm car à 1800 tr/mn, j'ai un rapport de 0,64 soit une poulie de 132 mm côté toupie, ce qui est le maximum que je peux prendre. Au delà, cela me demanderai un écrou plus petit car l'entraxe de l'arbre avec la tige filetée ne serait pas assez grand. Ou alors de carrément faire un autre support, donc plus de travail, pour pas grand chose sachant que je n'utiliserai que le rouleau ponceur à cette vitesse ...
idem, pour 8400 tr/mn, un autre problème, ayant fixé le diamètre de 85 mm, j'ai déjà une longueur de courroie qui a un impact sur les choix qui suivent. Je suis limité à 63 mm de diamètre de poulie dans le commerce en moyeu amovible, diamètre que j'aurai pu réduire vu que j'ai moins de couple à transmettre, l'abaque assure que ça passe en dessous. Donc j'ai choisit 63 mm qui est donc la plus petite trouvable en moyeu amovible.

Voilà en gros. Après j'ai comparé avec des docs techniques, et je suis dans les plages, avec un moteur un peu moins puissant, donc j'y crois encore :p
 
effix
Compagnon
19 Juillet 2013
597
Tours
Bonsoir,
à priori c'est un moteur de 3cv donc 2,2 kW, c'est ce que j'ai sur ma toupie, donc pas besoin de démarrage E / T (à partir de 7kW). J'ai un compresseur de plongée 5kW qui démarre en direct, par contre j'en ai un 7kW qui est très exigeant sur le courant de démarrage même en E / T, je crois qu'un jour il aura un démarreur électronique.
@+
Xavier
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
Voici d'autres photos avec les vis écrous, ce sera plus parlant :)
1.PNG
2.PNG
3.PNG
4.PNG
5.PNG
 
stanloc
Compagnon
29 Octobre 2012
5 120
Il me SEMBLE qu'il y a "un cul nu" sur ces dessins, car je vois une poulie petite sur le moteur et la grande sur l'arbre de toupie. Cela signifie que l'arbre tournera MOINS vite que le moteur.
Ah oui je pige le dessin montre la situation pour les basses vitesses.
J'ai rien dit
Stan
 
ChtiGG
Compagnon
24 Avril 2009
1 636
FR-59 Lille
Salut Alex,
bon, je comprends comment ça fonctionne en montée/descente mais je pense que tu devrais faire un schéma cinématique des différentes liaisons mécaniques car je crains que ton montage soit hyperstatique ce qui va te contraindre à des tolérances d'alignement et de parallélisme très sévères. Avec solidworks c'est facile, on dit que les pièces sont parallèles et hop c'est fait mais à la construction c'est moins évident...
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
Salut ChtiGG.
Effectivement, c'est hyperstatique, il faut que ça soit hyper rigide. En termes de contraintes, j'en ais bien conscience, je pense fabrication à chaque fois. Et je vais faire par étape. Quand j'aurai la platine, je la fixera à l'arbre via les 3 vis. Ensuite je positionnerai sur la platine l'axe de pivotement du moteur, ajusté serré dedans au tour. Ensuite, avec le tour, je me fais la bague de renfort qui va sur cet axe. J'aurai au préalable fixé une tôle sur le bâti. Donc je pourrai lier les deux pièces entre elles en les soudant, en fixant autant que possible les pièces, et en pointant soigneusement de part et d'autres. Ensuite je mettrai la vis trap en place. J'y visserai l'écrou, et j'ai transférerai les trous de l'écrou bronze sur la platine en position une fois tout ceci en place. Etc etc. En fait, j'ai la platine, se sera ma référence, je ferai tout le reste en fonction.

Stanloc, effectivement ici c'est basse vitesse car c'est la poulie 132 mm de diamètre au niveau de l'arbre toupie qui est la plus contraignante :)
 
stanloc
Compagnon
29 Octobre 2012
5 120
Stanloc, effectivement ici c'est basse vitesse car c'est la poulie 132 mm de diamètre au niveau de l'arbre toupie qui est la plus contraignante :)

Avec des courroies crantées on peut avoir une transmission beaucoup plus souple niveau choix diamètres des poulies et la tension de la courroie est bien moindre.
Stan
 
Alex_T31
Ouvrier
21 Novembre 2015
384
Agen
Je prends note merci de l'info. Dans ce cas, le rapport 0,64 pour 1800 tr/mn donne une petite poulie de 85 mm minimum pour transmettre la puissance. Ce qui donne une poulie réceptrice de 85/0.64=132 mm, d'où le fait que j'ai pas vraiment le choix concernant ce 132 mm. D'autant plus qu'elle existe en tant que diamètre normalisé en moyeu amovible, donc c'est tout bénéf :)
 
La dernière réponse à ce sujet date de plus de 6 mois
Haut