Comment fabriquer un moteur à énergie musculaire?

Dans cette notice, nous vous présentons le moteur tel que nous l’avons conçu, les calculs et types de pignons sont à adapter en fonction de vos besoins. Ce qui est important à saisir est le principe de fonctionnement et les changements d’axe de rotation qui permettent le mouvement de step et qui offrent une grande puissance puisque c’est tout le poids du corps que l’on met sur la balance!

Comme mentionné précédemment, nous vous donnons des indications succinctes sur les mesures de l’ensemble, Cependant, soyez vigilant à dessiner l’ensemble de votre prototype en fonction de vos éléments mécaniques. Nous avions réalisé une structure en bois pour valider l’ensemble des cotes et l’ajustement des pièces mécanique. Pour la soudure de la structure, préparez les cadres en acier sur des surfaces planes et des équerres aimantées afin d’être droit.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper les profils d’acier et ébarber soigneusement les bords. Si possible, utiliser une scie radiale métal sinon, utiliser avec précaution une meuleuse.

Pièces à préparer avant la soudure, si possible : utiliser une perceuse à colonne.

Support pour les axes bas: Percer les deux profils d’acier avec un foret de diamètre 10mm. Pour fixer les paliers, respecter un entraxe de 95mm entre les perçages.

ATTENTION, pour faciliter l’ajustement du mécanisme et des tensions de chaînes, ces pièces doivent être positionnées et soudées à la fin du montage final du moteur.

Support pour l’axe haut:  Souder les profils d’acier entre eux pour réduire l’espacement des montants horizontaux. Percer les montants pour fixer les
deux paliers à roulement 

Les pédales s’assemblent en quinconce sur l’axe pour permettre un mouvement de step face-à-face. L’axe est maintenu à la structure par un boulon en U, ce détail n’est pas montré ici, mais veillez à bien centrer votre futur pédalier sur les sections transversales basses et assurez-vous que vous avez assez de dégagement pour effectuer un mouvement fluide sans cogner dans la structure.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper les profls d’acier et la barre de 20mm en prenant soin de bien ébarber les bords. Si possible, utiliser une scie radiale métal, sinon utiliser avec précaution une meuleuse.

Pièces à préparer avant la soudure. Dans l’idéal, utiliser une perceuse à colonne pour percer le trou des boulons à œil (ou œillets).

Réaliser un arrondi dans les tranches du profilé pour insérer les tubes de chaque côté.

Cale-pieds: Il est important de les positionner en fonction de vos pieds, pour éviter de glisser des pendant l’effort. 

Œillets: Percer le profil d’acier pour positionner les boulons à œil qui serviront à attacher les chaînes à rouleaux de transmission au pédalier.

Pour faire fonctionner le mécanisme du pédalier, il faut mettre en place des roues libres qui permettront l’entraînement fuide et constant de l’axe. En fonction du nombre de dents sur les roues libres, le ratio sera diférent : calculez vos ratios en fonction du type de moteur que vous souhaitez mettre au point.

PIÈCES À DÉCOUPER ET À SE PROCURER : Trouver des rondelles avec un diamètre intérieur de 20mm et qui s’adapte sur vos roues libres. Soit découper soit faire découper les rondelles.

Les rondelles doivent être soigneusement centrées sur la roue libre.

Souder les rondelles sur les roues libres: Lors de la soudure, attention à ne pas endommager les roulements de la roue libre.

Tester chaque roue libre: En les enfilant sur l’axe de 20mm, faire tourner chaque roue libre pour vérifer qu’elle tourne bien droit et sans à-coup.

Cet axe est le point de départ de votre moteur : il est entraîné par le pédalier et peut continuer à tourner hors efort grâce à l’action des roues libres ; il transmet la force à l’axe supérieur par la roue dentée en fonte. Calculez avec soin vos ratios pour choisir le nombre de dents adapté à la fonction souhaitée: plus le nombre de dents sera élevé, plus il vous sera facile de pédaler.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper la barre d’acier de 20mm aux dimensions de votre structure, bien ébarber les bords.

PIÈCES À SE PROCURER : Attention, les dimensions des diférentes pièces peuvent changer en fonction du moteur fabriqué.

Assembler votre axe à blanc et le boulonner à la structure, bien attendre d’avoir fni le montage complet du moteur pour fixer les éléments.

A. Placer le moyeu amovible: Le moyeu amovible est une bonne solution, vous pourrez facilement aligner vos rouages sur les axes. Pour le fixer, deux solutions : usiner dans l’axe un logement pour une clavette en acier de 6mm ou souder votre moyeu à l’axe à la fn du montage.

B. Positionner la roue en fonte:  La roue en fonte s’accouple au moyeu amovible avec des vis de serrage. Ne pas visser à fond avant la fn du montage.

C. Positionner les roues libres: Positionner les roues libres : deux de chaque côté de la roue en fonte. Ne pas les fixer à l’axe pour le moment, attendre la fn de l’étape "INSTALLER LA TRANSMISSION BASSE"

L’axe bas latéral fonctionne comme un tendeur de chaîne, c’est grâce à lui que l’on va pouvoir raccorder la chaîne de vélo aux roues libres et créer ainsi un mouvement de step fluide et puissant.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper la barre d’acier de 20mm aux dimensions de votre structure, bien ébarber les bords.

PIÈCES À SE PROCURER : Attention, les dimensions des diférentes pièces peuvent changer en fonction du moteur fabriqué.

Assembler votre axe à blanc et le boulonner à la structure, attendre d’avoir fini le montage complet du moteur pour fixer les éléments.

Positionner les roues libres: Positionner les deux roues libres de chaque côté de l’axe en les centrant par rapport aux roues libres de l’axe central comme montré sur le schéma A.

Les transmissions basses sont assurées par des chaînes de vélo qui relient les pédales aux axes bas pour mettre en place le mouvement de step et ainsi entraîner la roue dentée en fonte de l’axe inférieur.

PIÈCES SE PROCURER : Vous pouvez acheter des chaînes de vélo neuves ou bien en récupérer sur d’anciens vélos. Si vous en récupérez, bien les graisser avec un lubrifant adapté.

En fonction de la taille de votre chaîne, il peut être nécessaire d’enlever ou de rajouter des maillons pour l’adapter au mécanisme.

Positionner les chaînes sur les roues libres: Comme indiqué sur les schémas, positionner les chaînes de vélo sur les roues libres et tester le bon fonctionnement du mécanisme.

2. Raccorder les chaînes aux pédales:  Avec un démonte-chaîne ou un chasse-goupille, ajuster la longueur de votre chaîne puis la raccorder avec un mousqueton à la pédale correspondante.

Le volant d’inertie est une masse mise en mouvement qui continue de tourner, même quand elle n’est plus entrainée, grâce à l’énergie cinétique stockée. Ici, un poids de 20kg va nous servir de volant d’inertie, c’est une solution relativement simple à mettre en place. Si vous cherchez à stocker plus de puissance, il vous faudra un poids plus élevé et surtout un « moment d’inertie » plus grand, le moment d’inertie est la distance entre le centre de l’axe et le bord du volant.

PIÈCES À DÉCOUPER : Les rondelles sont à découper dans une tôle d’au moins 2mm. Si vous n’êtes pas équipé pour usiner ce genre de pièce, demander à un artisan de le faire pour vous.

PIÈCES À SE PROCURER : Vous pouvez acheter n’importe quel poids mais les dimensions des rondelles sont données pour un poids de 20kg acheté chez Décathlon.

Le centrage des rondelles sur le volant doit être très précis, sans quoi votre volant tournera avec un ballant.

A. Percer et tarauder le poids:  Centrer avec précision une rondelle sur le poids et reporter les points à percer. Percer la fonte à 5mm puis tarauder à 6mm pour pouvoir visser l’ensemble.

B. Assembler les rondelles sur le volant:  Une fois le poids taraudé, tarauder les rondelles avant de les visser au volant. Il est possible d’ajouter du frein filet dans le filetage pour assurer son maintien. Une fois l’assemblage terminé, faire tourner le volant sur l’axe pour s’assurer qu’il est bien équilibré.

Cet axe permet l’accélération et l’amplifcation de la force du moteur. Il est entraîné directement par le pédalier et servira de sortie pour installer une machine ou un accessoire sur votre moteur. La mise en place de cet axe est délicat, compte tenu de son poids. L’axe vient se boulonner sur la partie centrale haute, les montants horizontaux ont été rapprochés pour garantir la rigidité de l’ensemble.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper la barre d’acier de 20mm aux dimensions de votre structure, bien ébarber les bords.

PIÈCES À SE PROCURER : Attention les dimensions des diférentes pièces peuvent changer en fonction du moteur fabriqué.

Assembler votre axe à blanc et le boulonner à la structure, attendre d’avoir fini le montage complet du moteur pour fixer les éléments.

A. Placer le moyeu

B. Visser la roue dentée

C. Positionner le volant

D. Placer le moyeu

E. Visser le pignon

La transmission centrale est assurée par une chaîne à rouleau simple, en acier, qui assure une bonne transmission des forces. Elle relie l’axe bas à l’axe haut et permet de lancer le volant d’inertie à haute vitesse.

PIÈCES À SE PROCURER ET À PRÉPARER : Les chaînes à rouleaux simple en acier REF CH08B1-MT sont livrées au mètre au moment de l’achat, penser à acheter des maillons attache-rapides adaptés.

En fonction de votre montage, il faudra ajuster la tension de chaîne : si vous ne parvenez pas à une bonne tension en enlevant des maillons, surélevez l’axe en ajoutant des rondelles sous les paliers.

Effet d’accélération: En passant d’un grand pignon à un petit pignon, on obtient un efet d’accélération. Si vous faites l’inverse, vous allez ralentir le mouvement mais exercer beaucoup plus de force. Attention, tenter de générer trop de couple peut rendre l’action du pédalier plus difficile.

Le coup de l’écrou !:  Les goupilles des chaînes à rouleaux sont très dures à enlever. L’astuce pour les retirer est de prendre un chasse-goupille et de frapper
fort en positionnant la goupille au-dessus d’un écrou!

Une fois votre moteur assemblé, vous constaterez que l’ensemble est lourd. Nous vous recommandons de l’équiper de roues, si possible gonfables, permettant de le déplacer où vous en aurez besoin. La partie haute peut également être recouverte d’une tablette en bois. Dans l’idéal, il faudrait caréner les parties mécaniques pour qu’aucun doigt ne se coince malencontreusement dans les rouages.

PIÈCES À DÉCOUPER : Découper des planches de bois pour créer une tablette en partie haute.

PIÈCES À SE PROCURER: Un axe avec des roues. Vous aurez sûrement besoin de redimensionner l’axe de votre moteur. Le fixer à la structure grâce à des plats d’acier.

Si vous devez raccourcir votre axe de roues, voici une astuce pour conserver l’alignement de celui-ci :

Chanfrein sur axe: Pour réaliser une belle soudure solide, penser à chanfreiner les deux bords de l’axe.

Soudure sur cornière: Pour raccorder un axe bout-à-bout et conserver l’alignement : placer les parties à souder dans le creux d’une cornière en angle acier et bien serrer chaque partie de l’axe avec des serre-joints ou des pinces étaux.

Pour tester le moteur, nous avons installé un broyeur à déchets verts. Nous avons fait découper les pièces du broyeur développé par Precious plastic. Le résultat est impressionnant, mais nous nous sommes limités à de petites sections de bois. Le moteur tourne très vite avec un couple peu élevé, ce qui n’est pas idéal pour faire fonctionner un broyeur de ce type. Nous prévoyons un ajustement des mâchoires, adaptées aux déchets verts et à la vitesse de rotation de notre moteur.

PIÈCES À FAIRE DÉCOUPER : Nous avons utilisé le broyeur V3 de Precious plastic, qui s’est révélé cependant ne pas être le plus adapté à l’usage voulu.

PIÈCES À SE PROCURER : Attention, les références peuvent changer en fonction de votre moteur.

En fonction de l’usage que vous souhaitez faire de votre moteur, il faudra en adapter le raccordement.

5. Support pour broyeur:  Pour positionner le broyeur en sortie du moteur, il faut souder un support pour boulonner le broyeur et assurer sa stabilité. En fonction des dimensions de votre moteur, adapter la position de la tablette.

6. Cône de protection:  Pour le cône, nous avons découpé des tôles en acier 2mm que nous avons rivetées entre elles avant de les fixer à la structure.

Presque tout ce qui nous entoure tourne.

De ce constat on peut donc imaginer les utilisations d’un moteur à énergie musculaire : ci-dessous quelques idées !

En fonction des objets raccordés au moteur, il vous faudra ajuster la vitesse et le couple désiré en modifant les dimensions des pièces mécaniques et les ratios.

Après utilisation du moteur, plusieurs améliorations peuvent être envisagées pour rendre le moteur plus universel.

1. Ajouter un système de débrayage: Un système de débrayage permettrait de changer les priorités entre vitesse et couple comme sur un pédalier de vélo.

2. Scinder l’axe central bas: Sur l’axe central bas, les roues libres sont soudées de chaque côté de la roue en fonte, ce qui empêche de démonter celle-ci. En positionnant les roues libres et la roue en fonte sur des axes séparés, on pourra démonter la roue en fonte et ainsi changer son dimensionnement par exemple.

3. Installer un carter de protection: Autour de chaque partie mécanique, installer un carter qui permettrait de voir le fonctionnement du moteur tout en empêchant de mettre les doigts dans les rouages.

4. Étudier un changement de transmission: Étudier, en lieu et place des roues dentées en fonte, la faisabilité de mettre en œuvre des poulies à gorges trapézoïdales pour utiliser des courroies qui faciliteraient les manipulations.

5. Mettre au point un système d’arrêt d’urgence: Permettre le débrayage direct de la transmission en sortie du moteur pour un arrêt d’urgence.

6. Ajouter des poignées: Souder des poignées à la structure, comme sur un diable, pour faciliter le déplacement du moteur.

7. Stabiliser l’ensemble: Souder des pattes au niveau du sol sur les côtés pour assurer la stabilité de l’ensemble pendant le pédalage.

8. Installer un monitoring: Installer un petit moniteur permettant de voir en direct le nombre de tours par minute ainsi que la force générée par le moteur.

9. Fabriquer un support d’outils adaptable: Imaginer une table de travail adaptable pour raccorder des outils au moteur à diférents niveaux.

10. Installer un volant d’inertie avec un plus grand moment d’inertie: Le volant d’inertie qui permet de stocker la puissance pourra être encore plus efficace si le moment d’inertie est plus grand.

* Installer un moteur sur un plan de travail fixe: Cela permettra de dimensionner tout le système en plus gros et de générer ainsi beaucoup plus d’énergie.