Comment faire une girouette sensible (deuxième version)

La première version se terminait par la description détaillée de la construction d’une girouette avec une cuvette sphérique mobile, retournée sur une bille fixe.

À l’usage, on s’aperçoit que la partie mobile bascule. En effet, le point de contact entre la cuvette et la bille se situe au point le plus haut de la cuvette si bien que, après quelques secousses, le point de suspension se trouve décalé vers un point plus bas, l’axe de pivotement bascule ce qui introduit des frottements supplémentaires.

Je reprend donc ici l’idée de placer la bille tournante dans une cuvette sphérique. Le système est auto-centreur : si la bille s’écarte du fond de la cuvette, elle tend à y revenir d’elle même. Il n’y a pas d’autres frottements permanents que le contact bille-cuvette.

The first version ended with a detailed description of the construction of a weathervane with a movable spherical bowl, turned on a fixed ball.

In use, it is noticed that the mobile part tilts. Indeed, the point of contact between the bowl and the ball is located at the highest point of the bowl so that, after some shaking, the point of suspension is shifted to a lower point, the pivot axis tilts which introduces additional friction.

I therefore take up the idea of placing the rotating ball in a spherical bowl. The system is self-centering: if the ball moves away from the bottom of the bowl, it tends to come back to it by itself. There is no other permanent friction than the ball-cup contact.

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La fabrication de la cuvette semblait délicate, mais j’ai mis au point une solution satisfaisante.

La figure 1 montre une coupe du dispositif.

figure 1

NB: certaines références se rapporte à l'article précédent.

Le tube rond est introduit dans un tube carré 15 x 15 mm de 25 à 30 cm de long, qui porte les 2 bras N-S et E-O. Il flotte un peu. On pourra réduire le jeu avec des bagues réalisées en enroulant une petite bande de tôle de 0,5mm d’épaisseur ou simplement en faisant quelques tours de ruban adhésif. La fixation du tube rond est assuré par un boulon D3 qui traverse le tube carré de part en part.

Pour soutenir les tubes indicateurs (celui avec les chats et son symétrique), on ne peut pas utiliser des écrous à l’intérieur du tube carré de 20x20 car la surépaisseur serait trop importante. Au moindre balancement la cloche viendrait buter sur les écrous. J’ai donc utilisé des vis à tête fraisée de diamètre 4 introduites dans un trou de 6 pour qu’elle s’engage suffisamment dans l’épaisseur du tube. Mais il est impossible d’introduire ces vis dans de simples trous. Il faut donc fendre le tube sur une largeur de 4mm depuis le trou, jusqu’à l’extrémité de la cloche.

Addendum: Les meilleures idées viennent rarement du premier coup! Je vous propose donc les modifications suivantes.

A -Réalisation détaillée

Rappels préliminaires : Les gens confondent souvent boulon et écrou. En réalité, un boulon est l’association d’une vis et d’un écrou.

Quand je parle de tube D6x4 il s’agit de tube rond de diamètre intérieur 4 et extérieur 6. Quand je parle de tube carré 15x15 ce sont les dimensions extérieures. D8 indique un diamètre de 8mm. Une vis F4x40 est une vis à tête fraisée de diamètre 4mm et de longueur 40 mm.

A.I -La ‘’figurine’’

J’ai trouvé ma figurine (ce n’est pas le terme exact mais je n’ai pas trouvé d’autre mot) ici : https://pixabay.com/fr/photos/girouette-chat-vent-2678133/. Il faut s’inscrire pour avoir la version la mieux résolue, indispensable car on n’utilise qu’une petite partie de l’image.

J’ai rogné l’image pour ne garder que les chats. Imprimer les chats noirs tels quels serait un fameux gâchis d’encre et le papier gondolerait à coup sûr. J’ai donc extrait le contour avec Gimp. La figure montre le résultat (en faible résolution par respect pour pixabay). L’image rempli au mieux une page A4. Reporter le contour sur la tôle au feutre fin.

On découpe la figurine dans de la tôle d’aluminium de 0,5mm d’épaisseur à l’aide d’une scie à chantourner. J’en ai une manuelle dont la lame est une sorte de lime ronde. C’est génial, on peut changer de direction sans tourner la scie ! Il existe des modèles torsadés qui doivent faire à peu près la même chose. Certaines parties peuvent être découpées à la scie sauteuse et d’autres à la cisaille. À vous de voir. Ébavurez et finissez à la lime douce.

Si vous souhaitez peindre la figurine, poncez au papier de verre fin, rincez abondamment, appliquez une sous-couche d’accrochage avant la couche de peinture finale.

Pour réduire le plus possible les frottements, le vent ne doit pas créer un couple qui tendrait à faire tourner la figurine suivant l’axe du bras. Ce serait le cas, par exemple si on avait plus de surface en bas qu’en haut. Le bon équilibre se vérifie en posant la figurine à plat sur un objet quelconque présentant une arête vive rectiligne . L’arête doit suivre la future ligne de fixation. On recherche alors le point de basculement limite (voir photo suivante). Pourquoi ça marche ? Parce-que la surface est homogène donc chaque cm² a le même poids et procure un couple proportionnel à sa distance à l’axe. Quand la figurine est verticale, le vent produit le même effet horizontalement que la pesanteur verticalement : chaque cm² procure un couple proportionnel à sa distance à l’axe. L’ensemble de ces couples s’annule.

La figurine est en limite de basculement autour de l’arête AB. Noter que AB doit être parallèle à CD.

Tracez la ligne AB au crayon.

A.II -Construction de la girouette

matériaux :

Une plaque de tôle d’aluminium format 25 × 50cm environ, épaisseur 0,5mm

Une bille acier (inox de préférence) D8 et une autre D15

Vous pourrez trouver des billes de toutes tailles et en faible quantité ici : https://www.123roulement.com

1 tube carré alu 20x20 longueur 15cm

1 tube carré alu 15x15 longueur 30cm

1 tube D10x12 longueur 30 cm

2 tubes ronds alu D4x6 1m

2 boulons F4 x 60 (tête fraisée)

2 tiges filetées D4 1m

4 écrous borgnes D4 et 2 écrous D4 .

1 tube carré en acier (plus peinture) d’au moins 2m le tube carré de 15x15 doit pouvoir entrer à l’intérieur.

colle araldite pas trop rapide

quelques cm de tige filetée D16

1 écrou D16

Plus quelques babioles qui traînent toujours dans une antre de bricoleur.

Outillage :

réglet

scie à métaux

scie à chantourner

perceuse + perceuse à colonne recommandée

divers forets métal2,5 ; 3 ; 3,5;4 ; 8 (j’en oublie peut-être)

éventuellement quelques forets plats voir figure 11.

tarauds D4

Réalisation :

Commencez par réaliser la cuvette :

On part d’une petite pièce circulaire de 13 mm de diamètre, découpée à l’emporte-pièce dans de la tôle d’aluminium de 0,5mm d’épaisseur. Si on n’a pas d’emporte-pièce, il faudra faire une découpe à la cisaille et fignoler à la lime.

Dans du tube de cuivre rond de diamètres 14 x 12 on découpe une bague de 4 mm de large.

La bague est fendue pour pouvoir s’écarter lors du formage de la cuvette.

Sur une petite plaque de PCV expansé assez épaisse (d'au moins 5mm) ou un autre matériaux assez ferme mais capable de s’écraser de façon homogène (contre-plaqué, caoutchouc?) , on pose la bague, puis dans la bague ouverte convenablement, la pièce d’aluminium (qui doit entrer sans trop de jeu), sur la bague, une bille d’acier de 15mm de diamètre. On sert le tout dans l’étau de façon à faire épouser à la tôle d’aluminium la forme de la bille.

On desserre l’étau pour récupérer une jolie cuvette de forme sphérique (voir photo à la fin).

La cuvette doit être collée à l’extrémité d’un tube d’aluminium de 12mm de diamètre. Elle doit être parfaitement orientée par rapport au tube.

Voici comment j’ai procédé. Dans un bout de chevron, j’ai percé un trou de diamètre 18mm avec un foret plat, sur 1cm de profondeur environ. Puis j’ai continué le perçage à D12mm. Le tube doit coulisser dans ce trou sans trop d’efforts, mais quasiment sans jeu.

J’ai préparé un petit bout de tige filetée de 10mm de diamètre (1,5 à 2cm suffisent).

La cuvette est placée sur une surface plane, face convexe visible, avec un bout de papier en dessous au cas où la colle baverait). Le tube est introduit dans le guide par le petit trou jusqu’à déboucher sur quelques cm dans le grand trou. Le tube est placé à l’horizontale. Le bout de tige filetée sera enduit d’araldite au niveau des filets et sur une face plane.

Il sera introduit dans le tube, la face enduite à l’extérieur.

L’ensemble est basculé à la verticale en plaçant l’extrémité du tube sur la cuvette. Le bout de tige fileté vient se coller sur la cuvette, le guide maintient le tube à l’horizontale jusqu’à durcissement de l’araldite.

NB : Ce collage est à réaliser en même temps que les autres quand l’araldite est prête. Voir plus bas.

La « cloche » se réalise en débitant 150mm dans du tube carré de 20 x20 .

Percez les deux trous du bas en vis à vis à 15mm de l’extrémité D = 6

Scier deux fentes de largeur 4mm de l’extrémité jusqu’aux trous.

Glissez les vis F4x60 dans les fentes jusqu’aux trous D6 passez une rondelle, vissez un écrou, serrez.

Dans du profilé plat en aluminium de largeur 20mm, débitez une longueur de 20mm.

Tracez les diagonales et percez un trou D6 au point de croisement très précisément. Chanfreinez d’un coté avec un foret de 10mm ou 12.

Débitez 2 pièces de 300mm et 4 pièces de 230mm dans du tube d’aluminium de D4x6.

Écrasez un des tubes de 300mm sur environ 5cm en le serrant progressivement dans un étau puis en le martelant de façon à faire un plat pour la fixation de la figurine. Percez deux trous D 2,5mm et fixez la figurine sur le tube écrasé avec 2 boulons D2,5. Voir plus haut le repérage de la ligne AB sur laquelle doivent être les trous.

Débitez dans de la tiges filetée D4 2 bouts de 500 mm.

Dégraissez à l’acétone ou à l’essence F toutes les pièces à coller.

Dans un petit bout de planche, faites un trou de D7. Posez la bille D8 dans ce trou.

Préparez de l’araldite.

Collez la cuvette à l’araldite (voir plus haut la procédure avec le guide).

Collez la plaquette d’aluminium sur la bille :

Enduire le chanfrein ; poser la plaquette sur la bille  (Le chanfrein doit reposer sur la bille.) ; charger la face visible sur tout le pourtour du trou. Placez la planchette en lieu sûr.

Chargez en araldite les 2 vis F4x60 mm les rondelles et les écrous et introduisez les tubes de 300mm sur celles-ci. Essuyez la colle qui déborde du tube et vérifiez l’orientation de la figurine qui doit être dans un plan rigoureusement parallèle à l’axe de la cloche avec bien sûr la queue des chats sous la cloche.

Laissez prendre la colle en lieu sûr pendant 24h.

Pendant ce temps, dans le tube carré de 15x15 percez les 2 paires de trous pour les 4 bras azimutaux. (figure 10 bis).

Le lendemain, reprenez la cloche. Collez la plaquette avec la bille sur le dessus en refaisant de l’araldite ou plus simplement en utilisant de la cyanolite, la face chanfreinée en bas.

Introduisez le tube D12 dans le tube carré 15x15 par l’extrémité opposée à la cuvette. La longueur qui dépasse doit être supérieure à la hauteur de la cloche.

Percez de part en part à D3, le tube carré 15x15 et le tube rond D12. Introduisez un boulon.

Le contre-poids :

Le tube opposé à la figurine porte un contre-poids destiné à équilibrer la girouette.

Dans de la tige fileté de D 16mm débiter une longueur de 3cm. Percez un trou de D6,5 parallèle à l’axe mais décentré. Limez un plat à une extrémité pour percer un trou D3,2. Taraudez à 4. Placez une vis de D4 de préférence à tête hexagonale.

Scier un écrou de D16 en 2 parties approximativement égales. Visser les deux parties l’une contre l’autre en mettant en contact les faces non sciées.

L’équilibre est réalisé lorsque tout est en place. Le tube de 15x15 serré modérément dans l’étau bien verticalement. On déplace le contre-poids jusqu’à obtenir un équilibrage plus ou moins parfait. On serre la vis modérément. On perfectionne en déplaçant les deux moitiés d’écrou.

La rotation du contre-poids le déporte légèrement à droite ou à gauche, (vu en bout, voir figure 9 de l'autre article) de façon à assurer l’équilibrage vertical pour compenser le petit décalage par rapport à l’axe de la figurine. Serrez la vis de D4 et les 2 demi-écrous quand tout est parfait.

Découpez dans la même tôle que la figurine les lettres N, S, E et O et percez un trou D4 dans chacune pour la fixation.

La figure 11 de cet article  propose un modèle de lettres (issu de Librecad). La taille doit être de l’ordre de 6cm de haut.

Posez la cloche sur la cuvette et vérifiez que ça tourne bien (un léger souffle devrait suffire) .

Enfilez le support vertical (10) dans un grand tube d’acier (au moins 2m de long) à ficher en terre aussi verticalement que possible.

Une bonne solution (que je n'ai pas faites...) Prenez une tige filetée aussi grosse que possible (pour entrer dans le grand tube d'acier). Meulez une extrémité en pointe. Enfoncez l'autre extrémité dans le tube sur 30 à 50 cm. Percez l'ensemble en 2 endroits aussi éloignés que possible de façon à pouvoir mettre des boulons D4 ou D5. Séparez les 2 pièces. Plantez la tige filetée sur 50 cm, bien verticalement. Enfilez le tube et boulonnez.

N’oubliez pas d’orienter convenablement les bras azimutaux. Pour trouver le nord, utilisez une boussole, repérez l’étoile polaire ou utilisez un logiciel tel que Stellarium ou un éphéméride pour savoir quand le soleil est exactement au sud chez vous ; guidez-vous sur l’ombre.

Le tube carré d’acier de 2m de long ou plus sera préalablement peint coté intérieur autant qu’extérieur avec une peinture extérieure anti-rouille. Pour peindre l’intérieur, faire couler la peinture dans un sens puis dans l’autre en tournant d’un quart de tour à chaque fois. Faire sécher verticalement en récupérant le surplus dans une boite de conserve. Faire reposer le tube sur une grosse vis pour qu’il ne trempe pas dans le surplus.

Quelques photos :

réalisation de la cuvette

La bille au fond de la cloche

La partie mobile avec le contre-poids

La partie fixe avec la cuvette en haut.

Bon Vent!

***** © M Guignard *****