DIY – Générateur de Marx

décembre 27th, 2013

C’est pas encore l’heure des bonnes résolutions, mais je renoue ici avec une de mes passion premières, un peu délaissée ces derniers temps : la haute tension.
Le montage auquel je me suis attaqué aujourd’hui est assez simple dans son fonctionnement, il s’agit d’un générateur de Marx, qui permet de multiplier une tension. L’avantage de ce montage, est qu’outre sa simplicité, la tension de sortie est directement proportionnelle au nombre d’étages mis en jeux (aux pertes près).

Générateur de Marx

Générateur de Marx

Le concept consiste à charger X condensateurs en parallèles, et les décharger en série. Pour arriver à un pareil résultat, on va utiliser des éclateurs. En effet, tant que la tension  aux bornes du condensateur ne dépasse pas une certaine tension, rien ne se passe, les condensateurs se chargent tranquillement, et la tension à leurs bornes augmente peu à peu.

Charge

Charge

 

Mais lorsque cette tension est atteinte, un arc électrique se produit sur l’éclateur, qui deviens ainsi conducteur.

Décharge. En bleu ciel, les arcs électriques

Décharge. En bleu ciel, les arcs électriques

(oui, désolé pour les couleurs un peu flashy, ça pique les yeux, je sais)
Pour que ça fonctionne (bien), il y a tout de même quelques paramètres importants à respecter. Déjà, il faut que la tension d’alimentation soit suffisamment élevée pour pouvoir produire un arc électrique, sinon les éclateurs ne fonctionneront pas. Ensuite, les résistances de charges. J’ai un peu galéré pour trouver des résistances correctes pour ce montage. Au début, j’étais partis avec des résistances couches carbone (les classiques), mais rapidement les arcs sont passés par le côté de la résistance, détruisant celles-ci. J’ai ensuite voulu utiliser des résistances de puissances en céramique. Mauvaise idée : elles ont été détruites en totalité sur un seul shoot. Je suspecte plus la déflagration d’avoir endommagé l’intérieur que la chauffe proprement dite car elles étaient sensées tenir plus que les couches carbone, ce qui n’aura pas été le cas ici. Finalement, j’ai utilisé des résistances bobinées de puissances, et après quelques dizaines de minutes de fonctionnement, tout à l’air en ordre de marche. Dernier point, la distance entre les éclateurs est relativement importante, c’est d’elle que dépendra la « tension de claquage »

Mon générateur de Marx

Mon générateur de Marx

Comme on peut le voir sur la photo, mon générateur est constitué de 6 étages, ce qui multiplie donc par 6 la tension d’entrée… En théorie. En effet, mes éclateurs étant difficiles à régler, ma tension de claquage est assez loin du maximum débité par mon alimentation. Au final, je dois arriver à une tension de 10Kv par condensateur, soit 60Kv en sortie.
Les éclateurs sont de simples fils de cuivre recourbés, passés au papier de verre pour enlever l’émail.

Le générateur en action

Le générateur en action. Le père Noël fait 12cm

Petit détail pour ceux qui serais tentés par l’expérience, et qu’il est difficile de rendre sur une photo : C’est extrêmement bruyant !! (genre mitraillette dans le salon)

Moteur stirling Alpha, deuxième prototype

décembre 6th, 2013

Ayant relevé tout un tas de défaut qui empêchaient le fonctionnement de mon premier moteur stirling, j’ai donc décidé de partir sur une seconde version améliorant les problèmes. Au final j’ai complètement changé le design, et suis partis sur un modèle à pistons parallèles (mais toujours alpha), car ils permettent plus de réglages. Je me suis largement inspiré d’un design trouvé sur internet, en apportant des corrections sur les points qui avaient posé problème à ses auteurs. Cette nouvelle version présente également un changement d’échelle par rapport à ma V1, mais finalement plus importante que ce que je m’imaginais à partir de la CAO. Comme pour le modèle précédent, je publierais les plans dès que mon modèle sera fonctionnel (s’il l’est), en y apportant les différentes corrections/modifications faites en cours de route.

Comme il s’agit d’un projet d’assez longue haleine, je vous met ça sous la forme d’une sorte de journal de bord. Cela vous permettra d’y voir la chronologie des étapes, et à moi de garder une trace des temps passés pour faire un bilan final. Histoire de ne pas polluer le blog avec un post a chaque étape, j’essaierais de grouper ça dans un post mensuel, sauf éventuellement sur des points techniques intéressants.

Vendredi 8 /11: Ebauche du piston chaud. 5h d’usinage, pour réduite un rond d’inox, diamètre 60 sur 200 de long, à un tube d’inox de diamètre intérieur 45… Reste à l’emmener à 50mm de diamètre interne, et reprendre légèrement le diamètre extérieur (0.2mm). La plupart des matériaux ont été achetés ou commandés, à l’exception du laiton.

Cylindre chaud

usinage du cylindre chaud

Mardi 12/11: Finition du cylindre chaud. 2h d’usinage. Cote interne au début du cylindre 49,635, cote à la fin 49,64 ce qui n’est pas mal sur 160mm de long avec des outils moyennement adaptés. Le piston est terminé, à l’exception des perçages.

le cylindre chaud : un peu plus gros que la v1 ;)

le cylindre chaud : un peu plus gros que la v1 ;)

Mercredi 13/11 : 2h d’usinage. Travail sur la tête de la culasse chaude. J’ai été trop léger sur la longueur du rond d’inox acheté. Résultat des courses, l’usinage est compliqué. J’ai atteint 1/100eme de précision sur la partie rentrant dans la culasse, en revanche, sur l’extérieur, j’ai été obligé de descendre en dessous de la côte (problème de concentricité car pas assez de matière pour la prise). Du coups la tête fait 0,5mm de diamètre en moins que la culasse. Pas super esthétique, mais aucune influence sur le fonctionnel. J’essaierais de faire mieux sur le piston froid.

Mercredi 20/11 : 1h d’usinage. Réalisation du piston chaud, en graphite. Alors le graphite à usiner, c’est du beurre, mais alors à nettoyer…. Donc, 1h pour réaliser la pièce, 3h pour nettoyer l’atelier ! Et dire qu’il m’en reste un autre a faire :’(

Lundi 25/11 : Ca y est, j’attaque le socle et les parties d’assemblages. L’usinage se fera au centre, j’ai donc du apprendre pas mal de choses sur la génération de code machine, et notamment la prise en main d’Esprit, qui n’est pas un modèle d’ergonomie ;) Merci encore à Alain pour ses précieux conseils.
Au total, il m’aura fallu 5 heures pour aboutir à une pièce à moitée usinée : les perçages et le surfaçage sont fait, mais il reste encore le contournage. Pour pouvoir le faire, je dois réaliser un support qui permettra de brider la pièce dans le centre d’usinage. Connaissant un peu mieux le logiciel maintenant, je pense gagner pas mal de temps sur les prochaines pièces !
Sinon, petite boulette en passant : à l’origine je pensais usiner mes pièces d’assemblage sur une fraiseuse « stratoconception ». Cette machine permet de disposer au mieux les différentes pièces, et de tout découper à partir d’une seule plaque de matière. (très pratique pour faire des meubles). Bien que pouvant théoriquement usiner de l’aluminium, j’avais négligé le problème de la lubrification, ce qui m’oblige à passer sur le centre d’usinage pour toutes les pièces d’assemblage, et pas seulement la base. Là où ça deviens moins drôle, c’est que le centre ne fonctionne pas de la même manière, et on travaille pièce par pièce avec des morceaux de taille adaptée… Me voilà donc avec ma scie sauteuse à redécouper ma plaque d’alu de 10mm…. J’en ai pour quelques heures !

Mercredi 27/11 : 3h d’usinage. Je viens de recevoir mon laiton. 15Kg de brut pour le cylindre froid (ouch !) J’ai passé deux heures sur le tour pour réaliser l’ébauche. Les ailettes de refroidissement sont terminées, et les diamètres extérieurs sont à +5mm pour pouvoir les reprendre aux mors doux quand j’aurais terminé l’intérieur.
Il me reste maintenant à creuser ça, quelques heures de travail en perspective.
Sinon j’ai profité d’un créneau machine ce matin pour usiner le support de bridage de ma base. Avec un peu de chance, je pourrais terminer cette partie vendredi.

L'ébauche du cylindre froid

L’ébauche du cylindre froid

Vendredi 29/11 : 5h d’usinage. Aujourd’hui, travail de finition du  cylindre froid. Objectif être le plus prêt de la cote internet du cylindre chaud. Résultat cylindre froid : 49.625mm, cylindre chaud 49,635. Plutôt pas mal :). Par contre, la fin de l’usinage s’est très mal passée : après avoir fait la passe de finition d’un côté du cylindre, j’ai voulu usiner les mors doux pour ne pas le marquer en usinant l’autre côté. Malheureusement, je n’avais pas assez de prise sur le mors doux, la pièce a été éjectée en cours d’usinage. Heureusement pas de blessure, mais la pièce a sérieusement reçu ! des entailles de 5mm apparaissent de chaque extrémités du cylindre. Après une heure de travail supplémentaire, au mors standard cette fois ci, temps pis pour les marques, j’ai réussi à rattraper le coups (heureusement, le côté le plus marqué était celui qui n’était pas terminé, et j’avais un surplus de matière suffisant). Au final, on voit une légère marque d’un côté, mais aucun impact sur le fonctionnement, et la marque est tout de même assez minime. J’ai eu chaud !!

Lundi  2/12 : 2h d’usinage. On continue le support du moteur au centre d’usinage. Le programme était fait, le support de bridage aussi, mais il aura fallu près de 2h pour en venir à bout. on a perdu pas mal de temps à trouver une bonne méthode pour brider la pièce. Les trous sur le côté, que je pensais faire à la perceuse à colonne ont finalement été réalisés au centre, taraudage compris : c’est assez impressionnant à voir faire !

Moteur Stirling Alpha… ben ça marche pas :(

novembre 4th, 2013

Voilà, après avoir passé des dizaines et des dizaines d’heures à usiner différentes pièces, à en refaire certaines, même plusieurs fois, je dois tirer le triste constat que mon petit moteur ne marchera pas, sous sa forme actuelle.

Moteur Stirling Alpha

Moteur Stirling Alpha

En soit, c’est dommage, car comme tout projet sur lequel on passe beaucoup de temps, c’est toujours plus agréable de le voir aboutir sur quelque chose de fonctionnel. Mais d’un autre côté, les erreurs que j’ai commises m’ont bien apprises, probablement plus que si tout avais marchotté du premier coups.

J’abandonne l’idée de faire fonctionner celui-ci car un certain nombre de points de conception font qu’il ne sera pas possible de corriger certains défauts fatals, et certains paramètres nécessitent des ajustements compliqués à faire avec la version actuelle.

Moteur Stirling, vue intérieure

Moteur Stirling, vue intérieure

Voici les différentes erreurs que j’ai commises :

  • Echelle un peu trop petite, ce qui a empêché d’utiliser certaines pièces mécaniques qui auraient aidé (ex. roulements sur les bielles)
  • Trop de compression, et aucun moyen de régler celle-ci. Pour l’ajuster, il faudrait soit modifier l’angle entre les deux culasses (impossible sauf à tout refaire), soit raccourcir les bielles (vilebrequin construit pour être indémontable). Cette erreur est fatale.
  • Pas d’isolation thermique entre les culasses et le corps. Après coups, c’est vraiment stupide d’avoir oublié ça, sur un moteur basé sur la différence de température. Toujours est-il que sans cette isolation, les deux chambres finissent par se retrouver à une température trop proche pour un quelconque fonctionnement. Il s’agit là aussi d’une erreur fatale.
  • Pas de pied stable. C’est bête, mais le moteur a besoin d’être bien calé pour le lancer, et le pieds que j’avais fait à l’origine permettait une rotation du moteur autour de ce pied, ce qui était gênant pour lancer le volant d’inertie.
  • Assemblage des culasses par vissage, sur corps cylindrique : mauvaise idée. D’une part, ça complique l’assemblage, mais en plus si on vis à fond de filet, les tubes de liaisons (rigides) ne sont pas alignés.
  • Pistons en alu/culasses en laiton. Eh oui, les coefficients de dilatation n’étant pas les mêmes, ça risquait de coincer, ce que ça n’a pas manqué de faire. Bon, c’était facile à corriger, mais étant donné les autres problèmes bloquants, je ne me suis même pas embêté à le faire.

Vous l’aurez compris, je n’abandonne pas le morceau pour autant, une V2 est en cours, qui corrigera une les défauts constatés, et sera beaucoup plus modulable, de manière à corriger facilement d’autres erreurs à venir, et chercher différentes voies d’améliorations.
J’espère en tous cas que ma liste d’erreurs servira à ceux qui veulent se lancer dans l’aventure ! ;)

 

Moteur Stirling – réalisation d’un vilebrequin

septembre 25th, 2013

Le premier vilebrequin que j’avais réalisé avais été prévu pour être vissé. Dans la pratique, ça s’est avéré infaisable, la maneton était trop petit pour être usiné correctement sans être déformé. J’avais donc fait un assemblage serré, mais les nombreux montages/démontages ont eu vites fait de rentre le jeu trop important pour être utilisable. Ca plus d’autres défauts sur l’original m’ont motivé à en refaire un, plus propre.

Je voulais rester sur des techniques relativement traditionnelles de fabrication (pas de cnc donc), je suis resté sur une fabrication entièrement au tour, en décomposant le vilebrequin en trois éléments : les 2 masselottes (et leurs axes, d’un seul tenant), et le maneton (l’élément de liaison central). Par contre, il me fallait cette fois une méthode d’assemblage qui reste très rigide et ne risque pas de bouger dans le temps. Je suis donc partis sur un assemblage par frettage.
L’idée du frettage est de refroidir la pièce que l’on va insérer pour la contracter, et de chauffer la pièce dans laquelle se fait l’insertion, pour la dilater. Les jeux mécaniques prévus font qu’il est impossible à température normale d’assembler les éléments.

De gauche à droite : le support d'assemblage, le réfrigérant, une masselotte, le maneton

De gauche à droite : le support d’assemblage, le réfrigérant, une masselotte, le maneton

Je passerais rapidement sur la réalisation des masselottes, usinage très classique au tour. La seule remarque est une épaisseur de 5/10eme en plus sur toutes les épaisseurs (voir plus loin le pourquoi). D’ailleurs, finalement, il vaut mieux prévoir un peu plus, 1mm ne semble pas gênant.
Sur les masselottes, côté maneton sont percé 2 trous de 8mm. ces trous ont deux utilité : ré-équilibrer la structure (là, j’ai fait au pif, pas bien ;)), et faire passer des piges (morceaux de stub usinés), afin de bien centrer lors de l’assemblage.

Ensuite, il faut usiner un support, dans lequel viens se loger notre première moitié de vilebrequin, ainsi que les deux piges.

Voilà comment va se présenter l'assemblage

Voilà comment va se présenter l’assemblage

Comme on le vois sur la photo, le maneton ne rentre pas dans la masselotte (pour la photo, il tiens juste sur les chanfreins). La première étape va donc consister à rendre solidaire ces deux pièces.

On va donc refroidir :

-50°c environ

-50°c environ

et chauffer :

On chauffe au rouge... Le chalumeau acétylène ça aide !

On chauffe au rouge… Le chalumeau acétylène ça aide !

Et voilà, y’a plus qu’à… sauf que j’étais un peu au dessus des côtes et ça ne rentre pas aussi facilement que ça le devrais. Un petit passage sous la presse, et c’est réglé (pas de photo, désolé j’avais besoin de mes deux mains là ;) ).

On va maintenant pouvoir passer à l’assemblage final. Placez les bielles sur le maneton (important !!! sinon, il faudra démonter tout ça et vive la galère), les piges pour bien centrer la seconde moité, et enfin la seconde masselotte. Vous devriez avoir quelque chose qui ressemble à ça :

Le montage avant frettage

Le montage avant frettage

Après avoir vérifié que le trou est bien aligné avec le maneton, surélevez la masselotte, réfrigérez le maneton, chauffez la masselotte (la partie fine au rouge), et assemblez avec une presse. Normalement, ça rentre comme dans du beurre.

Voilà, vous avez maintenant un beau vilebrequin en « un seul bloc » ou presque…

Le vilebrequin à la sortie du fretage

Le vilebrequin à la sortie du frettage

… oui, sauf qu’il ne tourne pas droit !! En effet, le maneton ne s’est pas forcément emmanché bien droit, le chauffage a déformé certaines parties, bref, c’est la cata, sauf que c’était prévu, d’où les 5/10eme de marge, car on va maintenant repasser tout ça au tour.

Pour avoir quelque chose de bien concentrique, je vais donc tourner entre pointes, les deux extrémités du vilebrequin ont été usinée avec un cône à 60° à cet effet. L’idée est donc de coincer ma pièce entre deux pointes tournantes, et de l’entraîner grâce à un « toc » pour pouvoir réusiner toutes les parties et avoir quelque chose de bien concentrique au final.

Le toc est une petite pièce que j’ai du fabriquer, une baque d’acier percée de part en part, une vis venant coincer l’axe du vilebrequin contre l’intérieur de la bague, une autre vis tordue venant se prendre dans les mors du tour pour entraîner tout ça.
Une photo valant mieux qu’un grand discours, voici à quoi ressemble mon toc :

Le toc

Le toc

Les bielles sont attachées avec du fil de fer pour ne pas gêner l’usinage. On va d’abord usiner un premier côté, puis retourner l’ensemble (en passant le toc de l’autre côté, et fixant les bielles de l’autre côté également).

Le montage prêt à être tourné

Le montage prêt à être tourné

Voilà, j’ai maintenant un beau vilebrequin qui tourne bien rond :) Il ne me reste plus qu’à ré-assembler tout ça, et voir ce que ça donne…

DIY – BOB le bipède

septembre 14th, 2013

L’autre jour en surfant, je suis tombé sur ce petit projet sympa : BoB. Un petit robot bipède, avec une bouille tellement mimi que j’étais sûr que mon fiston l’adorerais. Comme en plus j’avais tout ce qu’il fallait sous la main pour en construire un, je me suis lancé :)

Tout d’abord, une petite liste de ce qu’il vous faudra :

  • Les pièces plastiques, imprimées
  • 4 servo-moteurs 9g
  • Un arduino micro, ou équivalent
  • un connecteur de pile 9v, ou mieux, une lipo 7.4v (2s)
  • Un lm7805
  • un capteur de distance à ultrason, de préférence avec 2 modules (pour faire les yeux)
  • quelques vis à plastique (récupérées sur de vieux portables par exemple).

Les pièces plastiques sont téléchargeables ici : http://www.thingiverse.com/thing:43708

Le montage ne pose pas de soucis particulier. Il faut fixer un servo sur chaque pied, et deux autres servos sur la base.

Le montage de la base

Le montage de la base

Pour ceux à qui l’assemblage ne paraîtrait pas logique, vous trouverez un guide d’assemblage détaillé ici : http://www.instructables.com/id/BoB-the-BiPed/

Contrairement à ce qui est indiqué dans cet instructable, en utilisant un arduino micro et une pile 9v (ou une petite lipo), tout rentre dans le boitier, à l’exception d’un interrupteur que j’ai fait ressortir pour pouvoir allumer/éteindre la bête.

Voici une petite présentation de la tête de notre nouvel ami, juste avant de passer à l’alésoir,  afin de faciliter le passage des yeux capteurs ultra-son.

P1020169

Lors de l’assemblage, je vous recommande vivement de noter la correspondance entre les servos et les pins de l’arduino, vous serez amené à les configurer dans le programme, et une erreur empêchera notre ami de se déplacer.

Une fois tout assemblé, il faut centrer les servos, à l’aide d’un petit programme arduino les positionnant à 90°. lorsque les servos sont à 90°, les pieds doivent être à plat, et les jambes bien centrées. Si ce n’est pas le cas, modifiez l’angle du servo jusqu’à tomber au plus juste, et notez la valeur correspondante (vous devrez la modifier dans le programme). Faîtes bien cette manip pour chaque servo.

Exemple de programme de centrage :

#include <Servo.h>
Servo servo;
void setup()
{
servo.attach(9);  //changez cette valeur pour chacun des servos à centrer
}

void loop()
{
servo.write(90);
}

Une fois ceci fait, téléchargez le code source ici : http://letsmakerobots.com/node/35877

Il vous faudra modifier au moins deux partie du code :
- La première partie se situe en en-tête du fichier, et correspond aux pins rattachées à vos servos. Notez que Hip sont les cuisses et Ankle les pieds.
- La seconde se situe en fin de fichier, dans les fonctions NormalWalk et ShortWalk. C’est ici que vous pourrez modifier le centrage de vos servos (selon les relevés que vous aviez fait précédemment), ainsi que les angles max (souvent limités par le plastique qui arrive en butée)

Une fois ceci fait, il ne vous reste plus qu’à compiler/uploader, et à admirer votre petit robot se dandiner sous vos yeux (et moi admirer mon fiston s’émerveiller :))

BoB le bipède

BoB le bipède