Catapulte - Les Tigres V1.0

La Catapulte des Tigres

I. Présentation du projet

Objet : Mini-catapulte à mécanisme élastique

Description :  Dans le cadre d’un projet au MakerSpace d’UniLaSalle Amiens, nous avons conçu, prototypé et fabriqué une mini-machine de siège destinée à participer à un jeu dont le but est de marquer un maximum de points en visant des éléments de jeu (Nous n'avons marqué aucun point durant le tournoi...).

L'objectif initial était de concevoir un dispositif capable de viser des tours et des anneaux pour marquer des points, tout en respectant certaines contraintes.

Ce document présente la première version de notre machine. Bien que l'épreuve du tournoi ait révélé des axes d'amélioration (notamment sur la précision de tir), la catapulte est fonctionnelle et le processus de fabrication est documenté ici pour permettre sa reproduction ou son amélioration.

Pour en savoir plus sur le Medieval Challenge : https://makerspace-amiens.fr/medieval-challenge

II. Cahier des Charges et Contraintes

Le projet respecte les contraintes imposées par le règlement officiel du Medieval Challenge (v1.3) du MakerSpace d'Amiens.

1. Dimensions et Gabarit

• Base : La machine repose sur une base en contreplaqué de 5 mm d'épaisseur et de dimensions 170*170 mm. Une marge de 1 cm sur tout le pourtour de la base doit être laissée libre pour le système de fixation au plateau de jeu (rails).

• Contrainte Dimensionnelle : En position armée, la catapulte doit tenir intégralement dans un cube de 200*200*200 mm.

• Espace inférieur : Un espace de 10 mm sous la base est exploitable (pour des vis par exemple).

2. Mécanisme

• Source d'énergie : Propulsion assurée uniquement par la force d'un élastique fourni par nos professeurs.

• Déclenchement : Le tir est actionné à distance par une corde de 50 cm.

3. Fabrication et Matériaux

• Procédés de fabrication utilisés : Découpe Laser et Impression 3D. Avec le logiciel LaserBox pour les découpes et OrcaSlicer pour les impressions.

• Conception et Assemblage : Conception entièrement réalisée en CAO (OnShape). Les assemblages sont faits avec des vis. Nous avons l'interdiction d'utiliser de la colle, du scotch, etc...

• Matériaux nécessaires: 

1. Filament en PLA (matière pour les impressions 3D)

2. Contreplaqué de 5mm d'épaisseur (pour les découpe laser)

3. 15 à 20cm d'élastique rond de 2mm de diamètre

4. 50cm de cordelette

5. Visserie en diamètre M5 : 7 Rondelles, 10 écrous , 17cm de tige filetée, 1 vis 5*16mm , 3 vis 5*25mm

6. Des balles en mousse Nerf Rivals (pour les tirs).

III. Conception et fabrication des pièces

• Base (contreplaqué, Fig. 1) : Base de la catapulte, de dimensions 170*170mm, découpée au laser. Un arc de cercle avec une largeur de 5mm et un rayon de 68mm est découpé dans la base pour permettre la rotation de l'engrenage que l'on verra ci-dessous. Un trou de 5mm de diamètre est fait au centre de la pièce pour permettre le passage d'une vis M5.

• Engrenage (contreplaqué, Fig. 2) : Cette pièce avec la base est l'innovation majeure de notre projet. Une fois assemblées, elles constitueront le système de visée par rotation de notre catapulte. La pièce est en forme d'engrenage de 145mm de diamètre et composée de 72 dents mais peut être remplacée par un simple plateau tournant de forme circulaire. Il contient 4 trous de 5mm de diamètre. Un au centre pour fixer, avec une vis, l'engrenage à notre base ce qui constituera le pivot central de notre système. Les 3 autres, alignés sur les trous de la structure de notre catapulte, serviront à fixer la structure de notre catapulte à l'engrenage et traverseront l'arc de cercle de la base. Ce choix de conception permet, en dévissant les vis d'orienter notre catapulte puis de la figer en les resserrant. La forme d'engrenage a été choisie car nous souhaitions pouvoir tourner à l'aide d'une manivelle la catapulte, idée qui finalement n'a pas été réalisée, vous pouvez donc remplacer cet engrenage par un plateau circulaire pour améliorer et mettre en place notre idée !

Figure 1	Figure 2

• Structure de la catapulte (PLA, Fig. 3 et 4) : Pièce imprimée avec une base en forme de U, de côtés égaux d'une longueur de 145mm et d'une largeur de 15.5mm. On y trouve également 2 poteaux de 80mm de hauteur, avec une rainure de 20mm de profondeur et 1.5mm de largeur, dans les 2 coins du U. La base contient 3 trous chanfreinés de 6.5mm de diamètre pour y faire passer des vis M5 et fixer la structure de la catapulte à notre engrenage en bois. Leurs centre se situent au croisement entre la mi-largeur des barres et le milieu de chaque arête intérieure du U. A coté de chaque poteau, on trouve une élévation en arc de cercle avec un trou chanfreiné en leur centre de 5.3mm de diamètre qui permettront d'y insérer l'axe de notre bras de catapulte, notre tige filetée M5. Enfin, on trouvera deux petites élévations carrées de 5mm de hauteur de chaque côté des barres du U. Elles se situent à 60mm de la surélévation en arc de cercle et sont trouées avec une forme carrée de 1.5mm de côté ce qui permettra de passer notre goupille qui déclenchera le tir de notre catapulte.

• Bras de la catapulte (PLA, Fig. 5) : Notre bras de catapulte est en forme de T, une première partie, en forme de pavé de 70*16*16, permet le passage de la tige filetée avec des trous de 5mm de diamètre c'est cette pièce qui aura une rotation autour de notre axe pour effectuer les tirs. Au centre haut d'une des grandes faces du pavé, se situe la partie reliant à notre axe de rotation le bout de notre bras qui contiendra les balles. Il est en forme de pavé de 10*10*82mm. En dessous, au bout de cette partie se situe un cube de 6mm de côté troué par une forme carrée de 5mm de côté qui permettra de faire passer notre goupille de tir. Au bout, la partie la plus importante de notre bras, le support pour tenir les balles, il prend la forme d'un cercle de 27mm de diamètre et d'une profondeur de 10mm. Ce cercle est creusé avec une forme circulaire de 26mm de diamètre sur 7mm de profondeur pour former un trou où placer notre balle. Au bout, à l'arrière de cette partie de la pièce se situe une petite surélévation carrée avec en son centre un trou de 2.5mm de diamètre où passera l'élastique qui donnera sa puissance à notre catapulte et initiera le mouvement de rotation.

• Goupille (PLA) : La goupille permettra de bloquer le bras de notre catapulte en position chargée, en passant à travers les 2 élévations carrées de notre structure et surtout par le support carré sur notre bras de catapulte. Elle est également sous forme d'un pavé de 150*4*4mm et à une de ses extrémités on y trouve un trou de 1.5mm de diamètre dans lequel on passera la cordelette pour retirer la goupille et initier notre tir.

Figure 3	Figure 4	Figure 5

IV. Assemblage

Voici les différentes étapes pour assembler les différentes pièces de la catapulte.

1. Base Rotative

• Positionner l'Engrenage ou le plateau sur la base en contreplaqué.

• Visser la vis centrale 5*16mm avec un écrou, par le dessous de la base. Ne pas trop serrer pour permettre la rotation de l'engrenage.

2. Fixation de la structure

• Placer la structure (le "U") sur l'engrenage en bois, en alignant les trous de la structure sur ceux de l'engrenage.

• Insérer, par le dessus les 3 vis 5*25mm avec des rondelles. Celles-ci doivent passer à travers l'arc de cercle de la base.

• Serrer avec les écrous par le dessous

3. Installation du bras

• Insérer la tige filetée (170mm) à travers le premier poteau du support.

• Enfiler une rondelle puis 2 écrous, faire passer la tige dans le bras puis mettre 2 écrous et une rondelle avant de faire ressortir la tige par le second poteau.

• Serrer les 2 rondelles sur les 2 poteaux avec un écrou de chaque côté. Utiliser les 2 écrous restants pour centrer le bras en laissant du jeu pour que le bras tourne sans frottement.

• Rajouter et serrer une rondelle et un écrou du côté extérieur de chaque poteau, cela permet de bien fixer la tige filetée pour qu'elle ne tourne pas.

4. Montage de l'élastique

• Passer l'élastique dans le trou à l'arrière du bras, puis le centrer pour avoir deux côtés de même longueurs.

• Faire passer les deux bouts dans la rainure du poteau de leur côté.

• Tendre l'élastique selon la puissance souhaitée et faire un nœud solide au centre, entre les deux poteaux.

5. Armement et tir

• Abaisser le bras.

• Nouer la corde à la goupille à l'aide du trou présent dans celle-ci.

• Insérer la goupille à travers les trous de la structure et du bras prévus pour cela.

• Placer la balle (en mousse).

• Tirer sèchement la corde pour retirer la goupille et déclencher le tir.

V. Bilan et Conclusion

• Bilan du tournoi : Lors de l'épreuve finale, notre catapulte a démontré qu'elle était fonctionnelle et fiable. Cependant, l'équipe n'a pas marqué de points. En effet, notre catapulte a une importante puissance de tir, trop importante ce qui n'a donc pas permis de toucher les cibles.

• Conclusion : Ce projet nous a permis de nous exercer et d'acquérir une première expérience des différents outils utiles dans la conception d'objets mécaniques comme la découpe laser, les impressions et principalement la conception de plans 3D avec un logiciel en CAO. Nous avons réussi à obtenir une machine fonctionnelle et efficace tout en respectant les contraintes qui nous ont été imposées. Bien que la précision nous ait fait défaut durant le tournoi, cela nous a permis de voir les limites de notre catapulte pour discerner des axes d'améliorations. Notre catapulte a une bonne puissance de tir mais nous pourrions par exemple pour une nouvelle version intégrer dans la conception un paramètre variable qui permettrait de gérer la puissance, comme plusieurs points d'encoche pour la goupille, en devant imaginer un système de déclenchement différent.