Relais et fins de courses

Dans le montage précédent, il s’agissait d’automatiser un mouvement simple. Ici, on conserve le même genre de modèle, un chariot mobile sur se déplaçant sur des rails mais on change d’objectif : vous êtes aux commandes du modèle, avec un interrupteur à trois positions :

  • marche avant
  • arrêt
  • marche arrière

On va utiliser deux relais : un relais pour alimenter le moteur en marche avant, un autre pour alimenter le moteur en marche arrière.
On alimentera soit un relais, soit l’autre, soit aucun mais pas les deux en même temps ! (court-circuit).

  • Quand aucun relais n’est alimenté, ils sont tous les deux en position repos et rien ne bouge.
  • Quand le relais AV passe en position travail, deux séries de contacts T – C sont fermés et le moteur est alimenté dans un sens.
  • Quand le relais AR passe en position travail, deux séries de contacts T – C sont fermés et le moteur est alimenté dans l’autre sens.

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Il est simple d’ajouter deux fins de courses NF qui permettent de s’assurer que le moteur s’arrête si le chariot mobile tente de dépasser la limite de position fixée à chaque extrémité.
Le fonctionnement est simple, on va prendre pour exemple le fonctionnement en marche avant : quand le modèle atteint la limite fixée, il appuie sur le fin de course AV, l’alimentation du relais marche AV est coupée, le relais passe en position repos ce qui coupe l’alimentation du moteur. Si on passe alors en marche arrière, c’est l’autre relais qui est mis sous tension et le modèle repart dans l’autre sens.

Relais inverseurs et relais autoalimentés

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Est-ce qu’on peut automatiser des modèles meccano sans utiliser d’arduino et sans programmer ? Et oui, heureusement !

On peut faire des choses sympathiques avec des relais et des fins de course. Voilà un petit montage qui utilise deux fins de course ; une fois arrivé à une extrémité le chariot actionne un fin de course qui renverse le sens de rotation du moteur et le mouvement se répète. Il n’y a pas dans cette version de temps d’arrêt avant de repartir dans l’autre sens. Voir en fin d’article une solution mécanique pour mettre en place un délai lors de l’inversion de sens.

Pour rappel un relais est dispositif qui est à deux états :

  • – un état au repos quand il n’est pas alimenté
  • – un état travail quand on l’alimente

Pour alimenter le relais, on connecte (ici sur 12V continu) les deux bornes qui alimentent la bobine qui est à l’intérieur.

Repos, Travail, Commun

Cette bobine permet de mettre en mouvement des « interrupteurs » situés à l’intérieur du relais.

Plus précisément le relais utilisé fonctionne comme ceci :

  • quand il n’est pas alimenté (état repos), chaque borne « repos » est en contact avec la borne « commun » qui lui correspond
  • quand il est alimenté (état travail), chaque borne « travail » est en contact avec la borne « commun » qui lui correspond

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L’ensemble de trois bornes « repos », « travail », « commun » en relation constitue un inverseur.

Pour l’instant, j’ai réalisé ce montage en utilisant un unique relais trouvé chez Conrad (502923 Relais-enfichable-Finder-553490120040-12-VDC-7-A-4-inverseurs-RT- + 503028 Support-relais-Finder-9404-). Le relais Conrad que j’ai choisi a 4 inverseurs (4 trios C,R,T) seuls 3 sont utilisés.

Le relais a donc 4 trios de 3 bornes (repos, travail, commun) + 2 bornes pour alimenter le relais lui-même. J’ai acheté un support, certes encombrant mais qui évite de réaliser des soudures. (Le relais s’enfiche dans le support et tous les contacts se font ensuite avec des borniers à vis).

Au lieu d’utiliser les termes « Repos », « Travail », « Commun », le relais que j’ai utilisé utilise les termes NC (Normally close), NO (Normally open) et COM (Commun).

On peut réaliser le montage en utilisant à la place d’un unique relais à 4 inverseurs, 3 relais comportant chacun un unique inverseur (Repos / Travail / Commun) comme ceux livrés dans les anciennes boîtes meccano « électronique ».

Quand le relais passe en position travail, le contact est coupé entre chaque borne « repos » et la borne « commun » qui lui correspond puis le contact s’établit entre chaque borne « travail » et la borne « commun » qui lui correspond.

Inversion de sens et auto-alimentation

  • 2 inverseurs sont utilisés pour changer le sens de rotation du moteur
  • 1 inverseur est utilisé en auto-alimentation du relais

Le principe de l’auto-alimentation d’un relais est rusé, il permet de maintenir le relais dans un état « travail » ou « repos » alors qu’on a actionné une fois le fin de course correspondant.

NF, NO …

NF signifie normalement fermé (contact établi quand le fin de course n’est pas actionné ; quand il est actionné, le contact se coupe)

NO normalement ouvert (pas de contact quand le fin de course n’est pas actionné ; quand il est actionné le contact s’établit).

Voilà des schémas possibles :

Avec 3 relais comportant un unique inverseur : relais1.pdf

Avec un seul relais comportant au moins trois inverseurs : relais2.pdf

Retarder l’inversion de marche

Une solution mécanique très simple existe. On peut mettre plusieurs dispositifs en série pour accroître le délai de retard.

Train épicycloïdal

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J’ai essayé de soigner le montage planétaire 19 dents + satellite de 38 tournant dans une couronne 95 dents. l’entr’axe est non standard, j’ai bricolé quelque chose avec des ref 63 c (accouplements taraudés), l’entr’axe se réglant avec des rondelles (minces).

Le montage n’est pas équilibré car il n’y a qu’un satellite, il faudrait rajouter un peu de poids du côté opposé à la 38 dents. J’ai essayé avec deux satellites, c’est plus beau mais je trouve que ça tourne moins bien.

Remarque : on obtient un rapport de 6 alors que les pignons (19 et 38) sont dans un rapport de 2, rigolo non ?

Le rapport 6 est donné par le calcul 1+ 95/19 (on remarque que le nb de dents du satellite ne figure pas directement dans la relation, on peut uniquement s’occuper de la couronne et du planétaire).

Comment connaître les combinaisons qui fonctionnent ?

Si le planétaire est de 19 dents et qu’on ajoute deux satellites de 38 dents, l’encombrement sera de 19 + 2 x 38 = 95 ; cela tient donc dans une couronne de 95 dents (raisonner sur les diamètres ou le nombre de dents, c’est pareil puisqu’ils sont proportionnels).

Boîte Ravigneaux (Partie 7)

Il s’agit donc d’améliorer la version 1 en ayant comme dans les boîtes habituelles un seul levier de vitesses au lieu de deux dans la version 1 (1 levier vert pour l’entraînement, un levier rouge pour le blocage).

On s’aperçoit vite que le mouvement de translation de l’arbre de blocage doit être plus lent que celui de l’arbre l’entraînement ; de même, on voit que pour l’arbre de blocage les pignons habituels de 6 mm de large ne conviennent pas. (On remarque d’ailleurs que dans le modèle du club Londonien, l’arbre de blocage est en pignons 3mm, les mêmes réflexions conduisent aux mêmes choix).

Il faut que je commande quelques pignons 19 dents en 3 mm de large ; indispensable aussi, une cargaison de 69c, vis sans tête courtes.

Il s’agit donc d’améliorer la version 1 en ayant comme dans les boîtes habituelles un seul levier de vitesses au lieu de deux dans la version 1 (1 levier vert pour l’entraînement, un levier rouge pour le blocage).

On s’aperçoit vite que le mouvement de translation de l’arbre de blocage doit être plus lent que celui de l’arbre l’entraînement ; de même, on voit que pour l’arbre de blocage les pignons habituels de 6 mm de large ne conviennent pas.

Il faut commander quelques pignons 19 dents en 3 mm de large ; indispensable aussi, une cargaison de 69c, vis sans tête courtes.

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Un détail où on voit pourquoi les deux arbres (entraînement et blocage) ne coulissent pas à la même vitesse quand on déplace l’unique levier de vitesse.

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Boîte Ravigneaux (Partie 6)

Ce mot longtemps resté mystérieux pour moi, va s’éclairer sous vos yeux. L’overdrive c’est un rapport surmultiplié par exemple utilisable sur autoroute.

Ici on va l’obtenir de la façon suivante :

– l’entrée du mécanisme est le porte satellite ; il est entraîné par la couronne qui l’entoure (adhésif vert)

– la partie bloquée est le grand planétaire, bloqué par l’intermédiaire de la 133 dents qui lui est boulonnée (adhésif rouge)

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Un détail montrant que seul le porte satellite est en entrée :

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La formule de l’overdrive :

ovd : bloquer le grand planétaire, entraîner le porte-satellite

Boîte Ravigneaux (Partie 5)

Le troisième rapport est obtenu le façon rigolote : le mouvement est communiqué à la fois au deux 133 dents c’est à dire à la fois au petit planétaire de 57 dents et au grand planétaire de 95 dents.

La manette rouge est positionnée de telle façon qu’aucun élément ne soit bloqué.

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Boîte Ravigneaux (Partie 4)

Pour passer la seconde, on va simplement changer l’élément bloqué : on va bloquer non plus le porte-satellite comme auparavant mais la roue 133 dents la plus à gauche, celle qui est boulonnée au grand planétaire (95 dents).

On va garder l’entrée du mouvement inchangée : c’est la roue de 133 dents la plus à droite celle qui est fixée sur la tringle qui va mettre en mouvement la roue de 57 dents, le petit planétaire situé au coeur de la grande couronne.

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La formule pour la seconde est donc :

Seconde : bloquer le grand planétaire, entraîner le petit planétaire

Sur la vidéo ci-dessous, on voit bien que le porte satellite est maintenant libre de ses mouvements mais que le planétaire 95 dents est immobile.

Boîte Ravigneaux (Partie 3)

Si l’on tire légèrement vers l’arrière le levier « vert » on atteint la position point mort : le mouvement de l’arbre d’entraînement n’est pas communiqué au mécanisme et bien sûr la sortie est immobile.

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Si on tire encore le levier vert vers l’arrière on va transmettre le mouvement à la roue de 133 dents la plus à droite ; cette roue est fixée sur l’axe, comme le planétaire 57 dents situé au coeur de la grande couronne. Ce planétaire est donc l’entrée du mouvement mais il est inaccessible, on le met en mouvement en utilisant l’intermédiaire de la 133 dents et de l’axe principal. (un morceau d’adhésif vert montre l’entrée du mouvement).

On remarque qu’on n’a pas bougé la manette rouge : marche arrière, point mort, première, elle peut rester dans la même position (blocage du porte satellite, voir adhésif rouge).

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La formule pour la première vitesse est donc :

1 ère : bloquer porte-satellite, entraîner le petit planétaire

Boîte Ravigneaux (Partie 2)

Le proto suivant a une marche arrière, un point mort, 3 rapports avant +1 overdrive.

La sortie est la grande couronne qui est reliée à la 95 dents en plastique jaune.

Pour obtenir ces rapports on combine deux facteurs :

– on varie l’entrée du mouvement

– on varie la partie du mouvement qui est bloquée

Dans cette version on a deux leviers pour passer les vitesses :

un levier qui varie l’entrée du mouvement

un levier qui varie la partie du mécanisme qui est bloquée

Evidemment, c’est pas très pratique, il faut se souvenir des différentes combinaisons pour passer les vitesses… Mais pour comprendre le principe, ça va bien !

La marche arrière :

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Pour obtenir la marche arrière, la combinaison est la suivante :

– avec la manette de blocage (la rouge) bloquer le porte satellite (j’ai mis un petit adhésif rouge à l’endroit du blocage).

– avec la manette d’entraînement (la verte) entraîner le grand planétaire de 95 dents ; en fait il est entraîné non pas directement mais par la 133 dents à laquelle il est boulonné. L’endroit où entre le mouvement est matérialisé par un petit adhésif vert.

Pour résumer la formule de la marche arrière :

MA -> bloquer porte-satellite, entraîner le grand planétaire

Et voilà une petite vidéo du montage fonctionnant en marche arrière :

Boîte Ravigneaux (Partie 1)

Voilà une boîte de vitesse extraordinaire dont les principes sont encore utilisés aujourd’hui.

Pour se mettre dans le bain, un premier montage :

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Pour passer la première :

– l’entrée est sur la roue de 57 dents la plus à droite ; elle est fixée sur l’arbre comme la 57 dents chromée au milieu de la couronne

– on immobilise le support des satellites (pour l’instant euh c’est un peu artisanal … je bloque à la main les plateaux bleus ref 109, les pignons sont libres de tourner)

– la sortie est la couronne puis la roue de 38 dents qui lui est fixée par un accouplement court

Cette version est encombrante mais elle utilise des pièces courantes (sauf la couronne 133/171) et des entraxes standards ce qui simplifie bien sûr beaucoup le montage.

Le même montage est capable de réaliser le second rapport le troisième et la marche arrière ; en simplifiant exagérément on va dire que, selon la partie bloquée, on obtient un rapport ou l’autre. (en fait, on va le voir plus loin, on combine le blocage de telle ou telle partie et le choix de l’entrée du mouvement)

Le calcul de la démultiplication n’est pas compliqué car le porte satellite ne bouge pas ; on trouve :

r=57/19 x 19/113 = 3/7

l’arbre de sortie tourne 2,33 fois moins vite que l’arbre d’entrée et dans le même sens.

la vidéo