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Hélice à pas variable.
Echelle 1/13éme.
vendredi 28 décembre 2007

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Hélice à pas variable .

Cet article explique la conception et la fabrication personnelle d’une hélice à pas variable.

Le point de départ est le corps de l’hélice. Tiré d’un rond laiton diamètre 42mm, j’ai d’abord usiné un diamètre 30mm, sur 20mm qui va servir à la préhension de la pièce dans le mandrin tout au long de son usinage. Puis, mise au diamètre 39,50mm sur 29mm de longueur. Perçage en son centre, d’abord au foret à centrer, puis en augmentant le diamètre jusqu’à 13.50mm.

A l’aide d’un outil « pelle », usinage par petits diamètres en « forme d’escalier », de manière à obtenir une boule. Contrôle de la courbe au moyen d’un gabarit. Lorsque la forme est correcte, passage d’abord de toile émeri ,vitesse du mandrin 900Tr/mn , jusqu’à l’obtention d’une surface uniforme (toujours en contrôlant la courbe), puis, pâte à polir pour la finition. Ensuite, alésage du diamètre intérieur jusqu’à la cote de 22mm.

Lorsque ces opérations ont été réalisées, j’ai été contraint de fabriquer un châssis me permettant de réaliser des usinages transversaux. Ce châssis est constitué de pièces alu, avec perçages, filetages, et réglages. Le corps de l’hélice est alors monté sur ce châssis, lui même monté sur les mors du mandrin. Une pièce de maintient, usinée au diamètre de l’alésage d’un côté et au diamètre 6mm de l’autre, va venir prendre place sur le corps de l’hélice et permettra un perçage diamètre 1.6mm en quatre endroits équidistants, en vue de taraudage M2, tandis que l’arrière du corps sera percé en son centre diamètre 6mm. Ces usinages maintiendront le corps de l’hélice, pendant les différents usinages tout en lui permettant une rotation sur lui même afin de changer de face.

La première opération, après contrôle du centrage du corps d’hélice, est un perçage au foret à centrer, suivit de divers diamètres de forets, jusqu’à 13,50mm. Puis, alésage sur toute la longueur diamètre18mm. Toujours à l’aide de l’outil à aléser, réalisation d’un épaulement diamètre 24mm, profondeur 2mm. Puis, à l’intérieur du corps, alésage diamètre 27mm sur 28mm de profondeur(mesure prise à partir de l’épaulement. A partir du fond de cet alésage, usinage diamètre 21mm sur 2mm. Les opérations décrites seront répétées quatre fois, en faisant une rotation d’un quart de tour au corps d’hélice à chaque fois.

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Corps d’hélice ayant reçu en partie ses usinages :

L’opération suivante est consacrée à la confection des supports de pales et des pièces internes. Chaque opération sera répété quatre fois. Usinage d’un rond diamètre 30mm à la cote de 24mm pour les supports de pale, puis traçage des passages de vis.

Parallèlement à cette opération, usinage de la pièce de maintien intérieure. Celle ci est réalisé à partir d’un rond 22mm. Elle se compose d’un épaulement diamètre 20mm dans le milieu de la pièce, et de deux diamètres : 18mm(face de contact avec le support de pale) et 17mm(face en contact avec le carré d’entraînement), plus un perçage destiné à recevoir l’axe de variation.

Perçage des passages de vis, d’abord diamètre 1.60mm (diamètre théorique de perçage pour taraudage M2). Mise en place des supports de pales sur les pièces internes, en vue du perçage de ces dernières, et ceci pour faire correspondre parfaitement chaque trous. Lorsque ces opérations sont effectuées, taraudage des pièces internes M2. Perçage diamètre 2mm des supports, puis à nouveau perçage diamètre 3,20mmde ces même diamètres, jusqu’à 2mm du fond de la pièce. Finition par une fraise diamètre 3,50mm pour leurs donner un fond plat, sur lesquelles les têtes de vis viendront en appuis.

Usinage de ces pièces en escalier, (de la même façon que le corps d’hélice), puis polissage pour réaliser une surface lisse. Contrôle de la courbe à l’aide d’un gabarit.

Vient en suite la confection des pales. Dans une tôle épaisseur 2mm, découpe d’un rectangle à la scie, puis après traçage, mise en forme à la lime. Puis dégrossissement à la lime de son épaisseur, pour en faire un profil dans le sens de la longueur. Ceci effectué, les pales sont brasées sur leurs support.

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Lorsque ces opération (assez longues) sont effectuées, les pales sont pressées dans un « moule », réalisé pour la circonstance en bois assez épais usiné à la forme de la pale. Il se compose de deux parties complémentaires. Les pales sont enfermées à l’intérieur, puis après avoir positionner des plaque d’alu épaisses, sont pressées dans un gros étau pour leurs donner le dièdre .

L’opération suivante consiste à usiner le carré d’entraînement, qui viendra prendre place à l’intérieur du corps d’hélice, et qui donnera le mouvement de rotation aux supports. C’est un carré en laiton de 16mm de cotés, avec une rainure sur les trois quart de sa tranche, dans la quelle prendront place les guides de supports de pales. J’ai été obligé de confectionner un support cylindrique , fendu dans sa longueur, pour réaliser le perçage de l’arbre de commande et l’usinage de cette gorge, ne possédant pas de mandrin quatre mors.

Dans ce carré vient prendre place l’arbre de commande, qui est réalisé à partir d’un rond acier 5mm sur 350mm de longueur, usiné en son extrémité diamètre 3,50mm qui servira de guide et qui coulissera dans le cône d’hélice. En amont de cet usinage, réalisation d’un filetage M4 sur 15mm. Montage du carré sur l’arbre, puis blocage de l’ensemble avec un écrou M4 à frein « nylstop ».

Montage de tout ces éléments(les vis sur les images ne sont que provisoires, pour la mise en place. Elles seront remplacées par 32 vis laiton tête hexagonales), avec les axes de variation(inox diamètre 2,5mm), puis calage des pales au moyen de tasseaux bois, puis montage sur le mandrin de tour, pour rectification, et mise à la cote 131mm(tuyère diamètre 132mm).

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Contrôle du jeu dans la tuyère, pales incidence à zéro, puis en variation maxi.

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Réalisation du cône d’hélice. Cette pièce à été réalisée dans un rond laiton diamètre 30mm. Première opération, le perçage en son centre diamètre 3mm sur 17mm de profondeur, qui est le logement du guide de l’arbre de commande de variation des pales. Ensuite, après avoir mis à la cote de 19mm sur la longueur, les quatre trous de passage de vis sont repérés, puis percés, selon la méthode décrite plus haut, de la réalisation des supports de pales. Puis, la pièce est montée sur le mandrin du tour, avec la tourelle réglée sur 13 degrés, pour lui donner la forme du cône. Usinage, tout en contrôlant la côte, qui doit respecter les perçages, et le diamètre du corps de l’hélice.

Viens ensuite la réalisation des vis, il y en a 36 en tout. Elles sont tirées d’un hexagonal laiton de 2,5mm, dans lequel j’usine au diamètre 2mm sur 5mm de longueur, puis filetage M2.

Pour manoeuvrer ces vis, j’ai confectionné une clé de 2,5 dans une vis "BTR" M3 que j’ai charioté au tour, pour qu’elle puisse rentrer dans les perçages 3,5mm. Deux écrous serrés ensembles augmentent la prise entre deux doigts.

L’helice avec un support de pale et son cône équipé de vis hexagonales :

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Commande de variation des pales :

. Ce système est composé d’une platine en tôle alu épaisseur 8mm, dans laquelle sont découpés deux espaces de chaque côté, l’un reçoit un servo de puissance de 19kgs, l’autre étant le dégagement nécessaire de la pièce coulissante. Sur cette tôle, divers taraudages M8 sont pratiqués, de manière à accueillir le support de guignol, et les supports d’axes. Quatre autres taraudages M3 reçoivent les vis de maintien du servi

Les deux supports d’axes en alu , dont un fait office de liaison avec le couple en alu, sont usinés à la fraiseuse, deux alésages pratiqués, chacun diamètre 8mm, sur 15mm de profondeur. Ces alésages reçoivent des ronds aciers 8mm qui servent de guide au chariot de commande. Deux perçages chacun diamètre 5mm avec collerette diamètre 10mm permettent leurs fixation sur la platine, via quatre vis BTR M5 .

Le chariot de commande est composée de deux carrées laiton 20 X 20, superposés et assemblés par vis. Trois taraudages M5 sont usinés. Deux sont destinés à recevoir des supports ronds laitons diamètre 8mm sur lesquels reposent les roulements à bille le tout immobilisé par des vis BTR M5, et un sur l’autre face, recevant un renvoi de commande monté sur roulement à bille, et bloqué par une vis BTR M5. Deux alésages sur la longueur de pièces, lui permettent de se déplacer en translation sur les deux ronds acier 8mm.

Un guignol est mis en forme dans un carré 8mm. Un perçage 10mm reçoit un roulement à bille, et sert d’axe de rotation. Le perçage est excentré, pour démultiplier la force exercée par le servo. A 12mm de l’axe un alésage 10mm est usiné et reçoit un roulement à bille. A l’autre extrémité, un perçage est pratiqué diamètre 5mm, plus un fraisage dans l’épaisseur de la pièce, destiné à recevoir une chape.

Diverses chapes en laiton sont confectionnées dans du rond laiton 14mm. Les chapes qui composent la liaison de la pièce de commande ont un diamètre de 12mm, et sont taraudées M8, reliées entre elles par une tige filetée inox M8. Quand à celles qui assurent la liaison au servo, elles sont de diamètre 9mm, et taraudées M5, reliées entres elles par une tige filetée inox M5. Ce qui garantit un réglage fin du déplacement du chariot de commande par la combinaison des différents pas.

Enfin la pièce de commande de l’arbre de variation de pas, est usinée au tour, dans un rond laiton de 40mm, percé en son centre diamètre 6mm, avec deux épaulements qui reçoivent des vis M3 via un taraudage de chaque cotés, pour immobilisation de cette pièce sur l’arbre de commande.

Le principe est simple ; lorsque le moteur tourne (toujours dans le même sens), il entraîne l’arbre de commande par un équipage pignon, roues dentées. La pièce de commande reçoit un mouvement de translation par rotation du servo. Ce mouvement est assuré par les roulements à billes du chariot de commande, en contact permanent avec cette pièce. La translation qui assure la variation des pales, se fait sur 7mm.

Dernière phase, les essais, qui, après différents réglages s’avèrent concluants. Il restera l’installation de tout le système dans la coque du Vivaldi, et alors les essais en bassin pourront débuter…

Voici les différentes pièces qui composent ce montage, sur une image légendée :

 
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