Moteur à vapeur simple et bon marché
L'idée:
Récemment, j'ai vu une vidéo d'un bateau télécommandé propulsé par un moteur à vapeur miniature et j'ai été instantanément accroché à l'idée. Après avoir fait un peu de recherche, j'ai trouvé que les moteurs à vapeur miniatures coûtaient des centaines de dollars ou nécessitaient des compétences et des outils très avancés pour être construits. Pourtant, en regardant le mécanisme réel qui leur permet de fonctionner, ils sont vraiment très simples, alors j'ai décidé d'essayer d'en créer un à bas prix.
Le but de ce projet était vraiment de voir comment un moteur à vapeur miniature pouvait être construit à moindre coût et facilement. J'ai construit ce moteur en une journée et pour moins de 10 $ en matériaux, je pense donc qu'il est sûr de l'appeler un succès.
Ce moteur mesure 7, 2 cm (2, 8 ").
Quelques points à noter:
Tout d'abord, je dois préciser que cette machine à vapeur n'est qu'une machine à vapeur. Cet instructable ne comprend pas d'instructions sur la façon de construire une chaudière pour produire de la vapeur. Au lieu de cela, je fais tourner la machine à vapeur à l'air comprimé. Si vous n'avez pas de compresseur, une pompe à vélo fonctionne bien aussi, c'est beaucoup plus de travail pour vous. ; )
Je dois également noter que même si vous construisiez une chaudière, ce moteur ne fonctionnerait probablement pas bien, car bon nombre de ses principaux composants sont le bois. En présence de vapeur, le bois gonfle et se déforme, ce qui cause des problèmes. Une solution simple à ce problème serait de remplacer les pièces en bois par des pièces en aluminium.
Je suis un enseignant très visuel, alors assurez-vous de lire les «Notes d'image» (passez votre souris sur les cases jaunes sur les images), cela rendra probablement mes instructions plus claires.
Comment ça fonctionne:
Vous pouvez lire ma longue description ci-dessous ou consulter l'animation totalement géniale des gars sur www.animatedengines.com, trouvez-la ici! Je dois noter que cette animation est celle d'un moteur "à double effet", c'est-à-dire qu'il a des ports à la fois en bas et en haut du cylindre où le mien est un moteur "à simple effet" avec des ports juste en haut. Cela signifie simplement que le moteur dépend davantage de l'élan du volant pour le faire tourner, mais est beaucoup plus simple à construire.
Ce type de moteur est appelé moteur à vapeur oscillant. Si vous regardez la vidéo ci-dessous, vous verrez que le cylindre de ce moteur se déplace d'avant en arrière lorsque le volant tourne (il oscille!), C'est cette action qui ouvre et ferme les ports qui permettent à l'air comprimé d'entrer dans le moteur et à l'air d'échappement de sortir .
Le cylindre a un orifice en haut qui est pressé contre le corps principal du moteur. Le corps principal, d'autre part, a deux ports, un pour l'air comprimé et un pour l'échappement. Lorsque le cylindre s'incline vers la droite, il s'aligne avec l'orifice d'air comprimé permettant à l'air de s'écouler dans le cylindre et de pousser le piston vers le bas. Cela provoque le vilebrequin à tourner, inclinant ainsi le cylindre vers la gauche et permettant à l'air de sortir du cylindre par l'orifice d'échappement lorsque le piston remonte. Ensuite, le processus se répète.
Étape 1: Matériaux, outils et plans
La plupart des matériaux et des outils pour ce projet que vous aurez probablement déjà autour de la maison. Les seules choses que j'ai dû acheter étaient les tubes en laiton, le coupe-tubes et du fil.
Matériaux:
• Contreplaqué 3/16 "(environ: 12x8cm)
• Stylo rétractable (facultatif)
• Tubes en laiton: (en trouver dans votre magasin de loisirs RC local)
13/32 "pour le piston et 7/16" x 0, 014 "pour le cylindre
• Bougie "Tea Light"
• Rondelles lourdes d'un diamètre inférieur à celui de la bougie chauffe-plat
• Colle époxy 5 minutes
• Tubes en plastique (pour connecter votre alimentation en air comprimé)
• Drapeaux marqueurs pour gicleurs HomeDepot ou corde à piano (~ 18AWG)
• Fil de tige floral ou fil de piano (~ 24AWG)
• Q-Tips avec tube en plastique (pas de papier)
• Petites bandes élastiques
• Emballage plastique
Outils:
• Percer (ou mieux encore; une perceuse à colonne) et des bits
• Coupe-tube (5 $) - vous devriez également pouvoir en trouver un dans la plupart des quincailleries.
• Pinces et coupe-fil
• Boîte de conserve vide
• Couteau de rasoir
• Papier de verre
• Vice (facultatif)
Des plans:
Ci-joint deux fichiers PDF. "Pièces uniquement avec mesure" comprend une disposition de toutes les pièces dont vous aurez besoin pour couper du bois ainsi que les longueurs des pièces de fil et de tube en laiton. "Pièces uniquement sans mesures" est exactement le même mais sans aucune mesure imprimée sur la page; bon pour couper et coller sur votre bois comme guide.
Certaines personnes ont du mal à ouvrir les fichiers PDF joints, si vous aussi essayez les liens ci-dessous.
Si vous ne pouvez pas ouvrir le lien vers le PDF ; en voici un lien direct.
Si vous ne pouvez toujours pas ouvrir le PDF ; voici un lien vers une image PNG haute résolution des plans.
Pièces jointes
Étape 2: Coupez le piston et le cylindre
Coupez le cylindre et le piston de deux morceaux de tube en laiton. Ils ne doivent pas nécessairement avoir exactement les mêmes diamètres que ceux que j'ai utilisés, mais le plus petit doit être parfaitement ajusté à l'intérieur du plus grand et toujours pouvoir glisser librement. Votre magasin de bricolage local devrait avoir les bonnes dimensions de tubes en laiton.
Le cylindre doit mesurer 25, 5 mm de long et le piston 14, 5 mm.
Utilisation d'un coupe-tube:
Pour utiliser un coupe-tube, alignez votre coupe avec la lame du coupe-fil et serrez le bouton, pas trop serré pour ne pas écraser le tube. Faites tourner lentement le tube à l'intérieur de l'appareil en serrant le bouton tous les quelques tours jusqu'à ce que la lame coupe le tube. Cela peut prendre quelques essais, j'ai fini par écraser trop souvent le tube.
Grattez la lèvre intérieure du cylindre avec une lame de rasoir pour vous assurer qu'aucune fraise n'est laissée pour gratter votre piston.
Si vous n'avez pas de coupe-tube, vous pouvez en acheter un auprès de Harbor Freight pour 5 $.
Étape 3: Le piston
Coupez d'abord le fil (24AWG) pour la tige de piston (j'ai utilisé un mince morceau de fil floral mais tout fil rigide fera l'affaire), puis faites un coude à 90 ° à 3 mm d'une extrémité.
Maintenant, prenez du papier de verre et éraflez l'intérieur du piston.
Ensuite, prenez un petit morceau de pellicule plastique et couvrez une extrémité du tube de piston, fixez-le avec un élastique.
Mélangez un peu d'époxy et remplissez l'intérieur du tube de piston avec. Faites très attention à ne pas en mettre à l'extérieur du piston, essayez également de maintenir le tube pressé contre la table afin qu'aucun époxy ne sorte sous les bords de la pellicule plastique.
Insérez maintenant la tige de piston (extrémité courbée en premier) directement dans l'époxy.
Pour vous assurer que la tige de piston reste à 90 °, vous pouvez d'abord la pousser à travers un morceau de mousse de ~ 0, 7 mm et le coller avec la tige de piston (voir les images).
Alternativement, vous pouvez essayer de suspendre la tige de piston à quelque chose de sorte qu'elle ne soit qu'à environ 1 mm au-dessus de la table, cela garantira qu'elle reste parfaitement verticale pendant que l'époxy durcit.
Étape 4: Le volant
Commencez par couper le fil du vilebrequin. Il doit s'agir d'un morceau de 45 mm de fil ~ 18 AWG. J'ai utilisé le fil de l'un de ces petits drapeaux rouges que vous voyez coincés dans les pelouses pour marquer le système de gicleurs. Si vous n'en trouvez pas, Home Depot les vend. Cette taille de fil est excellente car elle s'adapte parfaitement à l'intérieur du tube en plastique dont sont faits les Q-Tips.
Pour faire le volant, j'ai sorti la cire d'une bougie (bougie), j'ai inséré le fil de vilebrequin à travers quelques morceaux de bois pour l'empêcher de sortir de la cire et je les ai collés au vilebrequin, puis j'ai ajouté des rondelles en métal ( pour ajouter du poids). Ensuite, je remets tout cela dans la lumière du thé et verse sa cire fondue pour le maintenir en place. J'espère que les images ci-dessous expliqueront mieux ce processus.
Pour faire fondre la cire, je la mets au fond d'une boîte de conserve dans laquelle j'avais plié un peu un bec verseur pour en faciliter le versement. Ensuite, mettez la boîte dans une casserole d'eau bouillante sur le poêle jusqu'à ce que la cire ait fondu.
Assurez-vous de déposer quelques couches de papier journal avant d'essayer de verser de la cire fondue, je ne recommanderais pas non plus de le faire sur un tapis. L'époxy pourrait également être facilement remplacé par la cire, je n'avais tout simplement pas assez d'époxy pour le faire.
Si je devais le refaire, je percerais un trou dans le bas de la bougie chauffe-plat et ferais passer le fil du vilebrequin tout le long afin que le moteur puisse être facilement connecté à un autre appareil afin de l'alimenter. Si vous faites cela, vous devriez probablement allonger le fil de vilebrequin d'un cm ou plus.
Étape 5: fabriquer les pièces en bois
Les pièces en bois doivent être fabriquées à partir de contreplaqué de 3/16 po. J'ai acheté le mien au département d'artisanat de Wal-Mart; 3 $ pour un paquet de six feuilles de 7 x 3 po. Vous pouvez également utiliser de l'aluminium, du laiton, du téflon, du plastique ou du plexiglas au lieu du bois. Assurez-vous simplement que tout ce que vous utilisez a une belle finition lisse entre les pièces mobiles. Vous trouverez les plans des pièces en bois sur la page Matériaux.
Le contreplaqué 3/16 "se coupe facilement, même avec un couteau de rasoir. Coupez les deux côtés et passez-le plusieurs fois avec la lame jusqu'à ce que le bois coupe. Poncez les bords lisses. Pour couper la partie ronde du vilebrequin, commencez par une pièce de forme octogonale et poncez les bords en cercle.
Corps:
Commencez maintenant par coller la pièce Corps 2 sur Corps 1. Percez les deux trous supérieurs avec une mèche de 3/32 ". Percez le trou central de la même taille que le fil que vous avez utilisé pour le fil de pivot du cylindre. Enfin, percez le trou inférieur le même taille que le tube en plastique de votre Q-Tip.
Étape 6: Bloc-cylindres
Dos de cylindre:
Pour construire le bloc-cylindres, commencez par prendre la partie en bois "Cylinder Back" et poncez la zone grise centrale d'environ 1 mm. Cela réduira la surface de contact entre celui-ci et le corps, réduisant ainsi la friction.
Percez maintenant le trou central de cette pièce de la même taille que le fil que vous utiliserez pour le fil "Cylinder Pivot". Percez maintenant le trou supérieur avec un foret de 3/32 ".
Coupez le fil de la pièce "Cylinder Pivot" et faites un coude à 90 ° à 5 mm d'une extrémité. Maintenant, sur le côté opposé à l'endroit où vous avez poncé 1 mm sur la partie «Cylinder Back», vous devez couper une rainure de 5 mm du trou du milieu vers le trou du haut, juste assez profondément pour que les 5 mm de fil se reposent lorsqu'ils ont été inséré à travers le bois. C'est le côté sur lequel vous collerez le cylindre.
Culasse:
Commencez par percer le trou de 12 mm dans la culasse avant de découper le carré autour d'elle, sauf si vous avez une perceuse à colonne, un si grand trou sera difficile à aligner avec un petit morceau de bois. Cela l'aide également à ne pas se diviser sur vous. Découpez maintenant la rainure de 2, 5 mm de profondeur dans l'autre pièce de culasse.
Bloc-cylindres :
L'étape suivante consiste à coller les deux pièces de culasse, le tube de cylindre en laiton et les pièces de fond de cylindre ensemble. Vous voudrez peut-être presser de la mousse à l'extrémité du tube du cylindre pour empêcher tout époxy de couler dedans avant de coller.
Époxy la culasse au cylindre puis les deux à l'arrière du cylindre de sorte qu'ils soient centrés horizontalement et que le bas du cylindre soit aligné avec le bas du dos du cylindre. La rainure de 2 mm de profondeur que vous coupez dans la deuxième pièce de culasse doit également être alignée avec le trou supérieur dans le «dos du cylindre».
Étape 7: vilebrequin
J'ai ajouté un petit cercle de bois autour du trou extérieur dans la partie en bois du vilebrequin. Cela donne à la tige de piston un peu plus de jeu et l'empêche de créer plus de frottement sur le vilebrequin. Voir l'image ci-dessous.
Percez ensuite le trou extérieur dans la partie en bois du vilebrequin de la même taille que votre fil de tige de piston, puis percez le trou central dans cette partie de la même taille que le fil utilisé pour votre vilebrequin.
Maintenant époxy la partie "corset" sur le côté volant moteur du corps juste sous le trou pour le vilebrequin, j'ai également ajouté une petite cale au côté piston du corps.
Maintenant, époxy un tube Q-Tip dans le trou à travers le corps et vers le haut de l'accolade. Vous pouvez maintenant insérer le vilebrequin à travers le corps, ajouter quelques rondelles en tube Q-Tip à rotation libre entre le volant et le corps. Ajoutez plus de rondelles Q-Tip du côté du piston pour fournir un espacement approprié afin que la face de la partie en bois du vilebrequin soit sous le centre de ce piston. Cela permet également d'éviter que la partie en bois du vilebrequin ne soit accidentellement collée au corps.
Enfin, coupez toute longueur excessive de fil de vilebrequin, car il entrera en collision avec la tige de piston s'il dépasse de la face de la partie en bois du vilebrequin. Collez maintenant la partie en bois du vilebrequin sur le fil métallique du vilebrequin (dont l'autre extrémité est fixée dans le volant), en le fixant en place.
Étape 8: Terminer
Piston:
Faites d'abord un coude à 90 ° dans la tige de piston à 20, 5 mm de l'endroit où elle pénètre dans l'extrémité du piston. Insérez maintenant le piston dans le cylindre, puis poussez simultanément la tige de pivot du cylindre et la tige du cylindre à travers le corps et le vilebrequin respectivement. Vous devrez probablement tourner le vilebrequin pour aligner le trou du cylindre avec le coude de la tige de cylindre.
Maintenant, vous avez juste besoin d'un moyen de maintenir le cylindre contre le corps. J'ai utilisé un ressort d'un stylo rétractable maintenu en place avec une vis sur "prop-saver" d'un modèle réduit d'avion. J'ai également trouvé que le fait de mettre une bande élastique autour du piston et du corps fonctionnait assez bien ... sinon mieux que le ressort, cette option est également beaucoup plus facile à retirer que si vous colliez un capuchon sur la tige de pivot du cylindre. Un élastique ou deux devraient vraiment être tout ce dont vous avez besoin ici.
Arrivée d'air:
Enfin, vous devez connecter l'un des deux trous supérieurs sur le côté volant du corps à un réservoir ou une pompe à air comprimé. Pour ce faire, je viens de coller des tubes en plastique sur le corps; faites ce qui vous convient le mieux. Ce moteur fonctionne assez bien pour moi sur ~ 15psi. Allumez l'air et donnez un coup rapide au volant et le moteur devrait démarrer, sinon essayez de le faire tourner dans l'autre sens. Si vous l'alignez juste à droite, le moteur démarrera même sans que vous le bougiez. Changer le trou dans lequel l'air pénètre inversera le sens de rotation du moteur.
Dépannage:
Si votre moteur ne tourne pas, assurez-vous que tout tourne assez facilement lorsqu'il est tourné à la main. S'il n'essaie pas de comprendre ce qui l'arrête. Assurez-vous ensuite que vous n'avez pas accidentellement collé aucun des trous qui alimentent le moteur en air. Enfin, essayez de faire tourner le moteur avec un PSI plus élevé. A part ça, je ne peux pas suggérer grand-chose de plus. Vous pouvez essayer de poster des questions dans les commentaires, je vais voir ce que je peux faire mais je ne suis pas un expert en la matière.
Dernières pensées:
Dans l'ensemble, je suis très heureux de la façon dont ce petit moteur est sorti. Il fonctionne très bien, a l'air bien et était vraiment facile et bon marché à construire. Certaines améliorations possibles comprennent; l'utilisation de roulements pour réduire le frottement, le cirage du bois là où il frotte, ou le remplacement / revêtement du bois avec une couche de téflon qui réduirait considérablement le frottement et aiderait à l'étanchéité à l'air. Vous pouvez également essayer d'agrandir un peu les trous d'entrée / sortie d'air et d'augmenter le PSI pour plus de vitesse.
Si vous avez des commentaires, des questions ou des suggestions, n'hésitez pas à les mettre dans les commentaires. Je ferai de mon mieux pour y répondre.
J'espère que vous avez apprécié mon instructable et je vous souhaite une construction réussie.
