le rouleau entraineur et rapport de poulies
Pour choisir d'un coté le diamètre du rouleau entraineur et de l'autre le rythme de la manivelle, il faut choisir les diamètres des poulies et leur rapport en conservant la vitesse d'avancement du carton de 60 mm par seconde et simultanément un rythme qui assure une production d'air qui couvre à tout moment une consommation d'air qui ne se rencontre qu'occasionnellement sur certains cartons.
Sachant que par ailleurs, les dimensions des pompes fixent la production d'air et l'harmonisation des flûtes fixe la consommation d'air.
Chaque problème est simple mais coordonner l'ensemble tient du serpent qui se mord la queue.
A) calcul du rapport des poulies en fonction du diamètre de l'entraineur:
Le rapport entre les diamètres de poulie de l'entraineur et de la poulie du vilebrequin sont d'abord fonction du diamètre extérieur de l'entraineur et doivent conduire à avoir un avancement de 60 mm pour le carton pour approximativement 1 tour de manivelle par seconde.
exemple avec un entraineur de 30 mm de diamètre pour avoir un avancement de 60 mm par seconde donc par tour de manivelle:
l'entraineur avance de 2piR par tour soit 94.25 mm par tour il faut donc un rapport de 1,5708 entre les poulies.
Il faut aussi distinguer le diamètre hors tout d'une poulie, son diamètre en fond de gorge et enfin son diamètre au contact courroie/gorge en V, c'est ce dernier qui est utilisé dans les calculs de cet article.
Il est difficile de le mesurer ou de l'estimer même sur la coupe ci-dessous!
Mais le diamètre en fond de gorge est facile à mesurer avec un pied à coulisse. On mesure le diamètre externe avec la courroie sur la poulie et on en déduit le diamètre au contact de la courroie
en supposant que la poulie de manivelle a un diamètre de 45mm la poulie de l'entraineur doit avoir 45*1.57=70mm au contact gorge/courroie, pour à la fois entrainer le carton à la vitesse de 60mm seconde au rythme d'exactement 1 tour/seconde.
Pour les poulies et courroies crantées ce problème est simplifié puisque le rapport est plus simplement le rapport du nombre de dents
B) Rythme de la manivelle
Un rythme d'environ 1T par seconde est considéré comme idéal.
Mais ce rythme est approximatif, il n'a pas à être exact car il faut tenir aussi compte du fait que la production d'air doit couvrir occasionnellement une consommation maximum quand les flûtes jouent simultanément un passage particulièrement fourni en notes.
Diminuer la taille des pompes pour construire des orgues plus légers et transportables va donc réduire la capacité à passer certains cartons particulièrement gros consommateurs d'air.
En fait la coordination de l'ensemble est très variable et surtout fonction des choix du constructeur en fonction de ses objectifs et de leur hiérarchisation:
poids: pour les manipulations et en fonction de l'âge du tourneur
dimensions: en fonction des passages de portes surtout en fonction de son véhicule de transport
niveau sonore: en fonction de son utilisation par exemple dans la rue ou une salle feutrée de retraités
ergonomie: en fonction de la condition physique pour tourner plus ou moins vite
répertoire de cartons: en fonction du style, du noteur, etc...
Un excellent test, passer des cartons comme l'orange ou vezoul de Pierre Charial permet de juger du résultat d'ensemble entre, la production d'air et les perte par les fuites, par rapport à la consommation du nombre maximal de flûtes simultanément mises en action.
Diminuer les lumières va permettre de réduire la consommation des flûtes et/ou donc permet de réduire les pompes mais au détriment de la puissance sonore des flûtes.
L'équilibre de l'ensemble est fonction des objectifs du constructeur amateur entre la puissance sonore pour jouer en extérieur et/ou la possibilité de chanter plus fort que l'orgue en tenant compte simultanément du répertoire des cartons que l'on envisage de faire passer...
Personnellement je ne chante pas seul mais plutôt avec un groupe majoritairement féminin de la chorale de ma femme quand elles m'accompagnent. De plus pour les festivals et prestation extérieures je privilégie la puissance sonore pour couvrir le bruit ambiant. J'ai aussi de nombreux cartons d'airs purement instrumentaux sans accompagnement au chant.
Ma pratique de l'orgue de barbarie m'a conduit à augmenter le diamètre de la poulie de l'entraineur donc à tourner un peu plus vite pour simultanément produire plus d'air pour une même vitesse de défilement. Finalement un diamètre de 85mm (au contact gorge/courroie) me convient pour à la fois avancer à 60mm/seconde à un rythme légèrement supérieur et de 1.2 t/s. Ce qui me permet de produire assez d'air pour passer tous les cartons en ma possession qui consomment le plus.
Finalement le calcul ne sert qu'à pré-dimensionner, car ensuite on adapte en réduisant progressivement le diamètre de la poulie de l'entraineur en testant avec les cartons qui consomment le plus... Augmenter la poulie de la manivelle est un équivalent mathématique mais beaucoup plus compliqué et même impossible physiquement.
Une question qui semble simple: Quelle est le volume d'air produit à chaque tour de manivelle (à ne pas confondre avec le volume d'air produit par seconde dans mon cas puisque différent de 1 tour par seconde)?
Il se déduit du volume principal de 1.25*5*0.052/2=1.625 litre par pompe donc pour 4 pompes 6.5 litres, auquel on doit retrancher la partie occupée par le volume externe entre les éclisses de coté et du fond, environ 1.67 l en calculant le volume d'une pyramide constituée des 4 volumes compris pour le volume concernant les éclisses et celui de éclisses de fonds des pompes 1.25*07*07=0.612. Le total: 4.217 l/tour
En plus il faut tenir compte des pertes par fuites qui se mesurent en chronométrant le temps que met la réserve à se dégonfler dans le temps d'un tour de manivelle et des volumes morts qui se retournent à chaque inversion du battement qui eux-même dépendent du type de pliage A, B, C...
Le volume d'air envoyé par une soufflerie à chaque tour de manivelle est donc approximativement au maximum d'environ 4.8 l chez Bernard Baudouin et sachant qu'il a des volets battants qui font 41 par 13 cm. La course générée par son vilebrequin est de 53 m. Son rythme est 1 T/S.
Alors qu'avec nos plans. les battants font 50 par 12.5 cm et la course est de 52 mm, donc une production de 15% supérieure en volume, qu'il faut aussi multiplier par le fait que je tourne plus rapidement...
Soit dans mon cas 4.217*1.2=5.061 litres par tour, desquels il faut encore réduire les fuites pendant le temps d'un tour....
Un problème pas si simple à calculer avec rigueur selon la méthode de Bernard Baudouin sur son site avec les côtes de votre soufflerie et de votre vilebrequin.
et celle sur le débit consommé par les flûtes.
Car une erreur a vite fait de se glisser dans vos calculs entre les diamètres de poulies, le volume d'air par tour ou le volume d'air par seconde.
C'est un peu le problème du robinet pour remplir une baignoire qui, pour compliquer, se vide aussi avec un trou sur le coté...
D'ailleurs au sujet de baignoire on peut plus simplement mesurer le volume d'air produit en l'emmagasinant dans une cloche graduée au préalable immergée dans une bassine d'eau! Ce qui dans notre cas simplifie le problème en éliminant les calculs, étonnant non?
Car finalement après tous ces calculs on peut trouver le bon rapport et le rythme empiriquement comme expliqué plus haut, en observant notre réserve au passage de cartons bien choisis...
C) le revêtement du rouleau
Le rouleau entraineur peut se présenter avec les matières antidérapantes telles que:
chambre à air (non recommandé au vue des problèmes pour l'enfiler),
tube à vide généralement en diamètre intérieur 10 et 30 extérieur,
ou des segments d’imprimante récupérés dont les diamètres extérieurs sont variables mais couramment de 20 mm sur un axe généralement de 8mm.
Il faut lui trouver un système de fixation sans patinage du caoutchouc sur l'axe en fer rond étiré qui ne doit pas le laisser glisser sinon le carton cesse de défiler.
Personnellement je le fixe de la même manière que les poulies.
D) fixation des axes sur les montants et des poulies sur les axes
les systèmes de fixation de l'entraineur sur les montants du chemin des cartons tels que paliers ou roulements sont très variés.
nous recommandons:
Coté poulie un roulement à bille pour les mêmes raisons que pour le vilebrequin coté manivelle qui est sous la tension permanente de la courroie et qui donc provoque une usure orientée par cette tension (elle est automatiquement compensée par la tension de la courroie).
Coté opposé un palier bois/métal direct car le risque d'apparition d'un jeu d'usure est peu probable au regard de la vitesse de rotation (1t/s), ou éventuellement un roulement à bille ou encore mieux la roue libre qui empêche de plier du carton si un enfant tourne la manivelle à l'envers.
Pour le mode de fixation de la poulie on recommande pour la fixation des poulies à gorges de percer l'axe en acier avec un foret de 2.5mm fileter avec un taraud de 3mm et y visser une longueur de tige filetée de 3mm de diamètre et 3 cm de long en croisillon qui va prendre place dans une fente creusée dans la poulie sans dépasser du flan de la poulie.
Sur la face opposée de la poulie l'axe est coupé au raz et fileté en extrémité pour visser une rondelle large avec une simple vis qui maintient la manivelle et la poulie plaquée sur le croisillon.
Dans l'article commandes groupées les poulies débitées dans du rond en delrin ou POM épaisseur 3cm diamètres hors tout 50 et 90 mm
Tube caoutchouc 10/30 rubberstock pour rouleau entraineur en morceau de 12.5 cm noir plus raide
Meilleur rapport qualité /prix.
Le mode de fixation du tube caoutchouc de l'entraineur sur l'axe en acier de la grande poulie du chemin des cartons est identique au mode de fixation des poulies vu ci-dessus, à une petite différence près: on traverse l'ensemble avec un foret de 2.5 mm, puis on taraude l'axe en acier avec un taraud de 3 mm et enfin on visse un boulon tête BTR de même filetage et longueur inférieure au diamètre du rouleau, jusqu'à noyer la tête sous la surface de contact avec le carton, sans dépasser non plus du coté opposé.
Une vidéo sur l'utilisation d'une roue libre pour l'axe de la manivelle sur le vilebrequin:
https://www.youtube.com/watch?v=wolILE2GK0M
une roue libre de manivelle a 3 fonctions:
- permettre le montage/démontage rapide pour passer dans les portes sans y accrocher la poignée
- placer la manivelle dans la bissectrice des bras du vilebrequin pour une manœuvre la plus douce et équilibrée
- empêcher les enfants de tourner à l'envers et plier du carton entre les rouleaux presseurs
à commander dans le cadre des achats groupés.
Mais avoir déjà un ordre d'idée sur un cas précis peut aider ceux qui ont tout modifié pour savoir dans quel sens adapter les paramètres pour leur projet!
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l’alimentation en air pour une jeu de flûtes
les commandes groupées pour se procurer les poulies
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