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Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 15 Oct 2017, 18:35
par yellow_submarin
Bonjour à tous

Un état des lieux sur l'avancée de mon moteur, cela fait un moment que je n'ai pas mis à jour.

J'étais occupé à faire le capot qui fermera le maintenant absent carter sec, en carbone. Je l'ai fait à partir de moule imprimé 3d assemblé en 4 parties, par infusion. Même au bout du 2e essai, ce n'était pas un franc succès (un peu de porosité surfacique et zone sèche). Je pense que ma résine est trop visqueuse pour l'infusion. J'ai repris les zones où il en manquait, on verra lors de la découpe si l'imprégnation à coeur est convenable.

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Sur la conception, j'ai avancé sur le dimensionnement et l'architecture. J'ai décidé de partir sur un ressort de torsion sur l'arbre d'hélice, avec un limiteur de couples à disque (façon rotax). La raison principale, c'est que je vais tout dimensionner au couple de tarage du limiteur. S'il glisse, je saurai qu'une hypothèse est fausse, mais la transmission sera protégée.
J'ai trouvé un bon compromis dimensions / interface / coût par des disques de différentiel de ... Ford Mustang (et autres, pont Ford 8.8).

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Je vais également placer des codeurs rotatifs en amont et aval du ressort. Ainsi, je verrai la signature vibratoire, et également, en mesurant la déformation du ressort, je connaîtrai le couple instantané. Ce sera très utile pour vérifier les hypothèses et affiner la connaissance du sujet.
Tout sera donc calculé avec un facteur de sécurité de 1.7 sur le couple (en fatigue, 10% du temps au couple de puissance max, et 90% du temps au couple 75% de puissance, qui est plus élevé que le premier !).

Je voulais à la base faire un ressort torsionnel en acier usiné. Malheureusement, pour passer le couple, la section en fait un ressort trop raide (la raideur est le critère de dimensionnement pour absorber proprement les vibrations). Si je veux la raideur appropriée, je dois augmenter le nombre de spires, ce qui en ferait un ressort trop long et trop lourd.
La solution sera peut-être de faire un ressort en composite.
Je n'ai pas trop de doute sur le fonctionnement d'un tel ressort sur la section travaillane, ce n'est qu'une poutre simple en flexion. Par contre, grosse interrogation sur les extrémités, je ne sais pas calculer les contraintes à cet endroit-là en composite.
Donc, on va passer par un premier proto simpliste et vérifier le comportement en statique. Heureusement, comme le composite ne fatigue pas, il suffira de le tester en statique. A part quelques comportements visco-élastiques à cette fréquence de sollocitation, on devrait être proche de la vérité.

J'ai donc imprimé un moule mâle en plusieurs parties, et je vais essayer d'en faire un cette semaine.

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Concernant les roues dentées, en dimensionnant proprement, je tombe sur un module de 2.5, largeur de 40mm, et diamètres de 50 et 140mm.

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 16 Oct 2017, 05:46
par elementair
Bonjour,

Beau travail.
J'ai une interrogation concernant le ressort en composite qui reprendra le couple.
Une partie des pics de couple sera repris par le ressort et comme toute transmission mécanique, une partie sera perdue en chaleur.
Cette chaleur ne risque elle pas à très court terme de détériorer le composite.
Sur un ressort en acier, la chaleur se dissipe facilement car le métal est bon conducteur mais qu'en est il avec le composite?

Salutations.

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 16 Oct 2017, 11:12
par Gabinger
Bonjour, voila un travail tres intéressant !
J'ai une simple question, ne peut on imprimer directement un capot ou un ressort? Je sais qu'il y a des matériaux imprimables de plus en plus performants...et des imprimante acceptant des formats plus grand...

En tout cas j'aime beaucoup l'approche du ressort composite, ca change des aprioris et c'est tres constructif.

Cordialement,

Gabriel.

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 16 Oct 2017, 11:33
par yellow_submarin
Merci pour ce commentaire c'est encourageant.

Elementair, la chaleur sera, comme pour les engrenages, évacuée par l'huile maintenue à température par l'échangeur eau / huile.
Bien sûr il s'agit d'utiliser une résine avec une température de transition vitreuse (appelée Tg) appropriée.
La température de l'huile moteur tourne généralement vers les 120°C, et il faut une marge de 30°C mini entre température de service et Tg. La résine de strat humide que j'ai utilisé notamment pour le capot a une Tg de 150°C. Pour les meilleures caractéristiques mécaniques j'envisage d'utiliser un préimprégné avec une Tg de 180°C.

Gabinger, le problème au niveau du coût, c'est que lorsqu'on passe sur des machines de grande dimension, le coût s'envole complètement. Les polymères les plus performant (PEI et encore mieux, PEEK) sont cher à la base, mais carrément hors de prix sous forme de filaments.
Côté comportement mécanique, la fab additive en fil fondu ne sait faire que des fibres courtes. En frittage laser, là ce sont juste des particules. On gagne un peu niveau raideur, mais pas énormément niveau résistance. Hors, là, vu le niveau d'effort, il ne faut pas moins que de la fibre unidirectionnelle bien orientée.
Côté température, oui un capot serait faisable en PEI par exemple (niveau résistance à la température). Mais pour avoir déjà fait chiffrer des pièces au travail sur ce genre de matière, il en coûterait minimum 10,000€.

En fait l'intérêt de la fabrication additive "directe" (= pas à des fins de proto ou d'outillage mais de pièce fonctionnelle) n'est compétitive que :
- Pour de la très petite série / proto où le coût de l'outillage serait mal amorti
- Pour de la moyenne série où la complexité de forme ou l'intégration de fonction rend ce procédé compétitif
- Pour de la fabrication sur demande ou lorsque chaque produit est différent

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 23 Oct 2017, 18:03
par yellow_submarin
Bonsoir

Premier essai de strat humide du ressort ce week end. J'ai commencé par une seule spire (il doit y en avoir deux).

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72 mèches unidirectionnelles (Toray T700 24K) de 10mm de large et 0.2mm d'épaisseur. Stratifiées une par une dans une cornière pour maîtriser l'imprégnation avant de les enrouler sur le mandrin. Pas évident de faire cisailler les fibres entre elles lors de l'enroulement, surtout que j'avais essoré tout l'excès de résine qui fait habituellement lubrifiant.

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Le moment critique, le démoulage : je m'attendais à avoir un peu de foisonnement en surface, mais cette partie sera poncée. Ce n'est que surépaisseur pour compenser le tassement sous vide.

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Le fragment avec dépouille positive s'en va en premier. Les 5 couches de cire ont bien fair leur effet, malgré un état de surface médiocre (impossible de venir poncer dans les gorges).

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Au final relativement peu de casse. Pour le prochain essai, ce sera une seule spire à la fois, donc il n'y aura pas de fragilité au niveau des ailettes du mandrin. Il est aussi probable que je fasse une hélice non cylindrique mais légèrement conique, avec mandrin non démontable, sans interface à l'extrémité. Ainsi je devrais pouvoir "dévisser" la pièce.

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Les finitions attendront le passage en étuve, la résine est très fragile tant qu'elle n'est pas post-cuite. C'est déjà très raide en torsion. On arrive à le comprimer en revanche, car dans ce mode, les spires travaillent en torsion avec une fibre à 0°, c'est donc le module faible de la résine qui rend une faible raideur.

Le programme de la suite : usiner deux sabots à coller puis essai mécanique. De là, j'affinerai le calcul et les hypothèses et j'irai sur le vrai ressort. En fonction des résultats, soit je réitererai en strat humide sur un autre mandrin imprimé 3D, soit je le ferai en préimprégné sur un mandrin que j'usinerai en alu.

Suspense !

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 23 Oct 2017, 20:04
par elementair
Wahou, c'est bluffant.
Encore bravo.

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 29 Oct 2017, 18:48
par yellow_submarin
Bonsoir

Au cours de la semaine j'ai usiné les deux blocs d'encastrement du ressort (pour l'essai) : un statique, un avec emmanchement carré 3/4'' pour une clé "poids lourd".

Ainsi, le bloc carré sera boulonné sur la table, le second sera guidé par deux "V" sur la rallonge de clé, qui elle sera actionnée avec une sangle à cliquet via un peson.

Collage du premier bloc avec colle epoxy EA9323 :

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Je compte profiter du premier Novembre pour faire l'essai.

Bon dimanche soir à tous,

Cyril

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 05 Nov 2017, 20:00
par yellow_submarin
Bonsoir

Test du ressort cette semaine :

https://youtu.be/ZODd51-gXlo

Le résultat est loin du compte : casse à environ 80 N.m pour 40° de déflection. Il aurait dû casser à cette déflection mais 257 N.m.

En regardant le faciès, le composite est visiblement très sec. C'est bien ce que je craignais, le vide a complètement asséché en pompant la résine dans l'empreinte de la seconde spire.

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En attendant le comportement a l'air tout à fait satisfaisant. Il est connu que les ressorts de torsion s'allongent lorsque le diamètre se réduit (avec l'enroulement), mais là j'ai été surpris à quel point (bien 10mm sur les 40° d'enroulement). Il faudra que je prenne en compte ce débattement sur la longueur des cannelures.

Je vais en refaire un, cette fois sur moule alu avec préimprégné de haute qualité avec de vraies données de qualification. Cette fois j'aurai moins de mal à maîtriser l'orientation et pas de surprise sur les propriétés mécaniques.

Re: Weber MPE 750

MessagePosté: 21 Nov 2017, 20:38
par yellow_submarin
Bonsoir

En train de régler le 4è axe de la fraiseuse pour faire le moule en alu : plus que quelques petits détails et ce sera prêt.

https://youtu.be/iVR-38jCTYc