Techniques d'astronome amateur
VOYAGER en détails

Les pièces mécaniques du socle de VOYAGER

L'axe horaire de VOYAGER est constitué par l'articulation de la suspension arrière d'une 2CV CITROËN. Il s'agit d'un ancien modèle dans lequel le couvercle de la boîte à roulements est maintenu par 3 vis. Dans les modèles plus récents c'est un couvercle en plastique qui est simplement emboîté. Donc dans ce dernier cas, il n'y a pas les trois écrous qui sont soudés à l'extérieur de la boîte à roulements. C'est dommage car ils sont bien pratiques pour fixer cette articulation sur le socle.

Les roulements d'origine ont été remplacés par des roulements neufs.

Remarquez la présence de la bague A qui doit être installée avant la bague B.

Le vérin amortisseur est rempli à 90% environ avec de l'huile de moteur (20W40) afin d'aménager un volume d'air. Il ne faut surtout pas le remplir en totalité car son volume intérieur varie légèrement en fonction de la position du piston. En effet, suivant la position du piston, la tige de bronze pénètre plus ou moins dans le volume du cylindre. Le volume d'air emprisonné permet de tolérer la pénétration de la tige.

Les pièces mécaniques du socle de Voyager

La vis de l'entraînement horaire est une tige filetée inox dont nous avons usiné les extrémités. A moment de l'achat, nous avons bien vérifié à l'œil nu qu'elle n'était pas tordue et qu'elle n'avait pas reçu de coup.

Pour usiner les extrémités, il faut prendre un grand soin à bien centrer la vis dans le mandrin du tour afin de diminuer au maximum les défauts de coaxialité avec la partie filetée. Nous nous fixons une tolérance de 3/10ièmes de millimètre pour cette coaxialité, cette valeur intègre aussi une éventuelle torsion de la tige. Cela veut dire qu'il doit y avoir au maximum 3/10ièmes de millimètre d'écart entre l'axe du filetage et l'axe des cylindres usinés à chaque extrémité. 3/10ièmes de millimètre, cela paraît facile à réaliser mais les mandrins des tours ont souvent de plus gros défauts...

Sur VOYAGER cet écart entre l'axe de rotation et l'axe du filetage vaut au maximum 21/100ième de millimètre, il varie d'une extrémité à l'autre de la tige filetée.

L'usinage de la vis n'est donc pas parfait, il faut en tenir compte dans la conception du montage. C'est pour cela que la vis est montée sur deux roulements à 2 rangées de billes à rotule sur la bague extérieure. Ces roulements peuvent supporter l'effort axial de la vis et ils tolèrent les défauts de coaxialité.

La tolérance sur la précision d'usinage de la vis influence aussi la conception de l'écrou (voir plus loin).

La liaison entre le moteur et la tige filetée peut être une source d'erreur périodique, surtout si le moteur est fixé rigidement à la vis. Ceci vient du fait qu'il est très difficile dans ce cas, voire impossible, de fixer l'axe du moteur dans l'axe de la vis avec une précision suffisante. Nous avons donc opté pour une fixation flexible. La disposition adoptée se satisfait d'un centrage des axes approximatif sans provoquer d'erreur périodique décelable. Notez la fixation du moteur sur des pièces en caoutchouc qui amortissent les vibrations du moteur pas à pas (voir la page Variateur pour moteur pas à pas).

La vis d'entraînement horaire de Voyager

Le pas de la tige filetée vaut 1,5mm. A chaque tour de cette vis, l'écrou va donc se déplacer de 1,5mm en entraînant une rotation du secteur lisse de 1,5mm sur sa périphérie. Rappelons-nous que celui-ci est une portion d'un cercle de 343mm de rayon et de 343 x 2 x 3,1415 = 2155mm de circonférence. Divisons cette valeur par le pas de la vis et nous obtiendrons le nombre de tour de vis qu'il faudrait pour faire tourner le secteur d'un tour complet (si c'était possible) :
N = 2155 / 1,5 = 1436 tours
Nous souhaitons que le secteur effectue une rotation complète en un jour sidéral (c'est à dire 23h56mn ou 1436mn). Ce calcul nous montre donc que la vis doit effectuer 1436 rotations pendant ce jour sidéral de 1436 minutes. Autrement dit, la tige filetée devra tourner à la vitesse de 1 tour par minute.

Vous remarquerez la principale originalité de l'écrou, il n'est pas complet. C'est un demi-écrou. Cette disposition permet de le remettre très rapidement en début de course quand c'est nécessaire. Pour cela, il suffit de relever l'écrou pour le séparer de la vis et le repositionner en début de course.

Le lest en plomb appuie l'écrou contre la vis afin que les efforts ne le déboîtent pas lors de l'entraînement du télescope.

Malgré sa simplicité apparente, la mise au point de cet écrou a été fastidieuse et n'a été possible qu'avec la persévérance de Sauveur LISCIANDRA.

Il ne fonctionne pas pour n'importe quelle valeur de la masse de plomb ou pour n'importe quel écartement des écrous. Si la disposition n'est pas correcte, l'écrou se met à "rouler les épaules" pendant l'entraînement pour finir par se déboîter de la vis. Si vous souhaitez réaliser ce système, nous vous encourageons à reproduire le plus précisément possible les caractéristiques présentées ici.

Comme on peut le voir sur la vue globale du socle de Voyager, nous avons réalisé sur ce télescope un mécanisme qui provoque le retour de l'écrou en poussant tout simplement un levier.

Notez que pour les télescopes postérieurs à VOYAGER, nous avons coupé un angle de la masse de plomb afin de prolonger de quelques millimètres la course de l'écrou. Vous pouvez voir cette nouvelle disposition sur les pages consacrées aux télescopes PEGASE et SIRIUS.

C'est le doigt de guidage qui empêche l'écrou de tourner. Sa longueur est conditionnée par les défauts d'usinage de la vis qui pourraient constituer une source d'erreur périodique de l'entraînement. En effet, nous avons vu plus haut que le filetage de la vis n'est pas parfaitement centré sur l'axe de rotation de la vis. Ce décalage provoque un mouvement alternatif de haut en bas de l'écrou qui entraîne une rotation alternative de l'écrou autour du point de contact du doigt (au niveau du petit roulement). Or cette rotation de l'écrou va le faire avancer ou reculer et on retrouve donc un mouvement alternatif dans la translation de l'écrou. La longueur du doigt de guidage doit être calculée pour que cette erreur périodique de l'entraînement soit complètement négligeable.

Pour VOYAGER, le point de contact du doigt est à environ 114mm de la vis, c'est le rayon d'un cercle de 716mm de circonférence. Or le mouvement alternatif de haut en bas de l'écrou vaut au plus 21/100ième de millimètre ce qui représente 1/3400ième de tour pour l'écrou autour du point de guidage. Le filetage de la vis a un pas de 1,5mm, donc l'oscillation de l'écrou dans sa translation vaut 1,5/3400=0,00044mm soit 0,44µm. La distance focale de VOYAGER vaut environ 3 fois le rayon du secteur lisse, l'erreur périodique maximale provoquée par ce phénomène au foyer a donc une amplitude de 3x0,44=1,32µm et une période de 1 minute. Elle est parfaitement négligeable et insensible car elle est beaucoup plus petite que la tâche de diffraction dont le rayon vaut 3,46µm.

L'acrou lesté de Voyager

L'écrou lesté est réalisé avec deux écrous échancrés. On les obtient en sciant deux écrous perpendiculairement à deux facettes qui ne sont pas consécutives comme le montre le plan ci-dessus puis on les ébarbe soigneusement. L'écrou résultant est donc constitué par 2/3 d'un écrou normal. Pour terminer sa réalisation, il convient de le monter sur la tige fileté en l'emboîtant dessus mais cela ne devrait pas être possible. Il faut alors limer légèrement les arêtes des filets puis retenter un essai. On répète cette opération plusieurs fois jusqu'à ce que l'écrou puisse s'emboîter en forçant.

Quand l'écrou lesté sera terminé, quelques manœuvres d'emboîtage et déboîtage de l'écrou sur la vis termineront de roder les arêtes des portions d'écrou. La nécessité de forcer à l'emboîtage ou à l'extraction de l'écrou disparaît très rapidement.

Cette technique de finition de l'écrou est essentielle pour obtenir une bonne stabilité de celui-ci pendant la rotation de la tige fileté lors de l'entraînement horaire du télescope.