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Version du 1 mai 2023 à 22:20
Planétarium à propulsion élastique
Difficulté
Expert
Durée
9 jour(s)
Disciplines scientifiques
Astronomie, Mathématique, Mécanique, Physique
Sommaire
- 1 Introduction
- 2 Étape 1 - Le prototype
- 3 Étape 2 - Elaboration du modèle final
- 4 Étape 3 - Conception et découpe des éléments
- 5 Étape 4 - L'impression 3D
- 6 Étape 5 - La propulsion élastique
- 7 Étape 6 - Assemblage
- 8 Étape 7 - Projet fini
- 9 Étape 8 - Les Comptes / Bilan Carbone
- 10 Étape 9 - Paré pour la maintenance !!
- 11 Comment ça marche ?
- 12 Éléments pédagogiques
- 13 Commentaires
Introduction
Dans le cadre de nos études d'ingénieurs, nous avons du réaliser un projet dont le thème était "la propulsion élastique".
C'est ainsi qu'est né Nicol'astreTM, un projet ambitieux de planétarium miniature qui nous l'espérons vont fera approcher des étoiles.
- Matériel et outils
Bois 
Planche en bois. Image de wikipedia Cleonard1973 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Amidon. (Peut se trouver sous la forme de fécule, comme la Maïzena ou la fécule de pomme de terre)
[[File:]]
Fécule de maïs
Scie 
Une scie est un outil à une lame dentée en acier trempé, destinée à couper des matériaux tels que le bois, la pierre, les métaux... Elle est actionnée par divers moyens tels que la force musculaire, l'électricité ou l'eau.
Tournevis Cruciforme 
Perel hset20 Tournevis (Lot de 6)
Imprimante 3D 
L'impression 3D ou impression tridimensionnelle est l’appellation « grand public » des procédés de fabrication de pièces en volume par ajout ou agglomération de matière.
Vis 
Vis en métal à trouver en magasin de bricolage
Une vis est une machine simple apte à transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation dirigé suivant l'axe de rotation, ou vice-versa.
Les divers types de vis se caractérisent par l'utilisation de surfaces hélicoïdales. On peut distinguer :
la vis de fixation utilisée de façon statique pour diverses sortes de liaison ; la vis d'Archimède utilisée pour la manutention de matériaux granulés ou pulvérulents, ainsi que pour le pompage des fluides, (exemple : vis à grain) ; la vis de transformation de mouvement utilisée de façon dynamique pour transformer, dans un sens ou dans l'autre, un mouvement de rotation en mouvement de translation ou un couple en effort axial ; la vis sans fin qui, associée à des roues dentées, permet de réaliser des engrenages ; la vis micrométrique, permettant de mesurer avec précision ; le mécanisme de vis-écrou ;le mécanisme de vis à billes.
Fer à souder 
Un fer à souder, ou plus précisément un fer à braser, est un outil chauffant permettant de réaliser une opération de brasage. L'usage courant du fer à souder se fait dans le domaine du montage de composants électroniques.
Bloc de Plastique PLA
[[File:]]
Plastique utilisé notamment pour l'impression 3D
Étape 1 - Le prototype
Afin de se donner une idée de ce que l'on aurait à concevoir, nous avons imprimé un modèle de planétarium basé sur notre première idée de mécanisme. Malheureusement, nous avons vite abandonné cette idée car la structure était trop complexe et trop lourde pour que notre propulsion élastique puisse faire tourner le tout.
Étape 2 - Elaboration du modèle final
Afin d'être sûr du modèle final, nous nous sommes réunis pour, dessiner, schématiser et découper les bases de ce que serait notre modèle final. Nous avons pu ainsi déterminer quels étaient les éléments manquants ou en trop, ainsi que toutes les dimensions du modèle final.
Étape 3 - Conception et découpe des éléments
La conception se décompose en 2 partie : le mécanisme et les plateaux. Nous avons commencé par les plateaux et avons privilégié le bois comme matériau principal pour cette partie. Nos plateaux sont en OSB et plusieurs technique de découpe on été utilisé pour les faire le plus rond possible (défonceuse, scie sauteuse, scie à chantourner, ...).
Étape 4 - L'impression 3D
Pour le mécanisme, nous tenions à avoir des pièces sur-mesure. Ainsi, nous avons opté pour l'impression. nous avons modélisé tout notre mécanisme, pièce par pièce, sur le logiciel fusion 360, et nous les avons ensuite importé sur Ultimaker Cura pour les imprimé en PLA. L'ensemble du mécanisme a pris 16h à être imprimé !
Étape 5 - La propulsion élastique
Pour notre système de propulsion, nous avons opté pour un ressort de perceuse à colonne. Le ressort est de dimension 980mm 40x-x0,7mm et viens complété le système imprimé en 3D ci-dessous.
Étape 6 - Assemblage
Étape 7 - Projet fini
'Voir photo'
Étape 8 - Les Comptes / Bilan Carbone
Pour les comptes, nous avons fait une approximation de ce que nous aurait coûté le Nicol'astre. Mais, comme nous n'avons utilisé que des ressources dont nous disposions déjà, hormis le ressort, le coût total est uniquement de 56€ !
Étape 9 - Paré pour la maintenance !!
Ca s'est mis bien pour la maintenance. Plus frais n'existe pas !
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Nous observons un mécanisme complexe formant un planétarium. Sur cet objet nous observons 3 planètes miniaturisées et alignées : Mercure, Vénus et la Terre (avec son satellite : la Lune) qui gravitent autour de notre étoile, le Soleil . Plus concrètement, il s'agit d'un axe posé sur une structure avec des plateaux ronds de différentes tailles qui tournent autour de cet axe de différentes hauteurs.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Plusieurs raisons pourraient faire rater notre expérience:
-le poids des plateaux (=si trop lourd, pas de rotation)
-manque de force de notre système à propulsion élastique (=ne fait pas assez tourner notre rotor)
-manque de résistance des matériaux de notre système
Explications
L'objectif de notre système était de faire tourner le planétarium à l'aide d'un mécanisme à propulsion à élastique. Pour ce faire, nous avons récupérer le mécanisme d'une horloge que nous avons, par la suite, réadapté, et auquel nous avons intégré un ressort en spirale.
Plus d'explications
Pour ce qui est des plateaux, ces derniers sont mis en rotation grâce à un système d'engrenages planétaires à deux étages. Le premier plateau tourne à 6 tours/min, le deuxième à 3 tours/min et le troisième tourne à 2.5 tours/min.
Applications : dans la vie de tous les jours
Rappeler le fonctionnement du système solaire
Servir de maquette de représentation et de fonctionnement de notre système solaire pour l'enseigner aux plus jeunes
Pour les passionnés d'astronomie.
Vous aimerez aussi
Pas les autres projets, car nous sommes le meilleur ;)
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Mettre en pratique la découpe des matériaux
Construire une chaine d'engrenage avec une dizaine d'éléments différents
Calcul de rapports de vitesses
Utilisation d'une imprimante 3D
Pistes pour animer l'expérience
L'objet illustre parfaitement la rotation des planètes par rapport à une étoile
Les astres sont interchangeables
On peut faire varier la vitesse de rotation
Sources et ressources
https://nimax-img.de/Produktdownloads/14156_2_Anleitung-EN.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Epicyclic_gearing
https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI
https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI
https://www.youtube.com/watch?v=MJAFGo5SQRE
https://www.youtube.com/watch?v=FElXXzynPnI
https://www.youtube.com/watch?v=TzJkD87eQNI
Dernière modification 2/05/2023 par user:Les Bibidous.
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