1 - Généralités :
Le throttle (bloc manettes) constitue un véritable challenge : les manettes elles mêmes, avec leur crantage, les poignées de réverse, le mécanisme de trim, avec les roues qui entrainent les cônes via une démultiplication, et la motorisation des roues, puisque le trim est pris automatiquement en charge par l’avion lorsque ce dernier est en vol … tout cela fait beaucoup !
Pour la première version, je me suis largement inspiré des travaux de Claude Keiffer (https://www.simucockpit.fr/) , en profitant toutefois de ma première petite cnc pour perfectionner le mécanisme de crantage, ainsi que celui des réverses.
Le tout est principalement réalisé en mdf et PMMA.
Comme sur la plupart des simus A320, j’ai pris la liberté de ne pas motoriser le trim : c’est en effet une complication notable, alors que cela n’apporte fonctionnellement que très peu à la simulation, puisque le trim étant géré par l’avion, celui-ci n’est utilisé qu’au sol, pour afficher la position du centre de gravité … il n’empêche, le fait, en vol, de voir la roue de trim bouger toute seule apporte forcément un complément de réalisme significatif, d’où une seconde version plus ambitieuse !
C’est la disponibilité de la CNC et du tour qui me décide à me lancer sur ce projet.
Au cahier des charges de la version 2 :
1 – construction plus “mécanique” : utilisation d’alu chaque fois que possible, roulements pour tous les éléments tournants, facilité de montage/démontage,
2 – motorisation du trim,
3 – encombrement compact, similaire à celui de la v1, hors l’électronique de commande, qui sera déportée dans un bloc à part.
4 – reprise des principes du throttle réel (séparation mécanique des fonctions).
Fonctionnellement, le throttle est constitué de 4 sous-ensembles :
– Les manettes, avec le levier de reverse et le bouton de déconnection de l’autothrust,
– 2 secteurs pourvoyant aux 3 positions stop : iddle, max take-off et full reverse ; ils sont hébergés au sein du “chassis”.
– le mécanisme de trim, avec les roues et cônes, la démultiplication roue/cône, et la motorisation ; ces composants sont fixés sur le “chassis”.
– l’unité de capture de la position des manettes, avec le crantage (duretée réglable), le frein manette (réglable), et le potentiomètre de capture ; le tout est rassemblé dans la “base”.
Alors que Turbocad avait suffi pour modéliser la première version, il a fallu passer à Solidworks pour la seconde : en effet, la concentration des composants dans un faible espace, ainsi que la nécessité de vérifier que toutes les pièces sont raisonnablement réalisables, sont plus faciles à garantir avec un outil de CA0 paramétrique.
2 - La base :
Ce sous-ensemble reprend fidèlement les principes de l’original, crantage et frein manette ; pour réduire l’encombrement global, j’y ai cependant rajouté les potentiomètres de recopie de la position des manettes (dans l’original, les unités dites “throttle control unit” sont séparées, et reliées aux “mechanical box” par des biellettes).
Principe :
Chaque manette actionne un levier de frein : un disque sur lequel frotte plus ou moins fermement une couronne en delrin ; un engrenage de 70 dents, solidaire du disque, engrène sur un pîgnon de 20 dents, solidaire du disque de crantage, sur lequel vient appuyer plus ou moins fermement le levier de crantage ; le pignon de 20 dents entraine le potentiomètre par le biais d’un second pignon de 20 dents.
Levier de frein :
Le levier de frein (alu 2017) est usiné à la cnc, puis repris à la fraiseuse ; le disque de frein (alu) est usiné à la cnc, et présente un alésage sur les 2 faces pour y loger 2 roulements (6x12x4) ; l’engrenage de 70 dents (nylon chargé) est découpé et aminci à la fraiseuse ; il est placé en sandwich entre le levier et le disque.
Disque de crantage :
Le disque de crantage (POM, alias delrin) est usiné à la cnc – 4 crans, idle rev, climb, FLX T.O. MCT et T.O.G.A, le cran FLX est moins prononcé que les 3 autres ; il est fixé sur un moyeu en alu constitué de 2 pièces usinées à la cnc qui emprisonnent le moyeu de l’engrenage 20 dents, avec un possible ajustement angulaire de quelques degrés pour réglage de la symétrie des mécanismes manette droite et gauche ; le pignon (nylon) est également monté sur 2 roulements.
Levier de crantage :
Le levier de crantage est usiné à la cnc (alu), reprise à la fraiseuse pour y loger le petit roulement (4x10x4) qui viendra rouler contre le disque de crantage.
Le degré de pression du roulement sur le disque est ajusté par un ensemble poussoir/ressort/écrous de pression.
Support :
Le support est constitué d’une base en alu de 10, et d’une paroi verticale centrale sur laquelle sont montés les potentiomètres de recopie de position, ainsi que les divers axes, par vissage. Deux petites platines en alu de 5 sont fixées aux 2 extrémités de la base, et servent respectivement de support et de guide aux ressorts de réglage de la dureté des crantages et des freins.
Réglage de la dureté des crantages : 2 axes filetés sont vissés dans la petite platine de droite et sont munis d’un épaulement sur lequel un ressort vient en appui, son autre extrémité poussant le levier de crantage contre la roue de crantage.
Réglage de la dureté des freins : une vis, un ressort, un petit tube d’alu et un écrou viennent serrer les 2 pattes de chaque couronne de frein ; chaque petit tube passe dans un orifice pratiqué dans la petite platine gauche de façon à le guider radialement (le tube coulisse librement dans l’orifice, ce montage est flottant).
2 flasques latérales complètent l’ensemble, elles sont ajourées pour donner accès aux réglages angulaires des disques de crantage (de façon à ce qu’au final les crans des 2 manettes correspondent parfaitement à une même position angulaire des manettes), ainsi qu’à la fixation des biellettes de liaison des leviers de frein.
D’une façon générale, sur un ensemble compact comme l’est ce throttle, il faut prendre garde à ce que le tout soit montable et démontable !
3 - Le trim :
Principe :
Attention, tour indispensable.
La roue de trim (en hachuré) est solidaire de la seconde roue par l’intermédiaire de l’axe roue “A” ; le pignon “1”, fixe sur cet axe, entraîne le double pignon “2”+”2′” qui lui même entraîne le pignon “3”, qui est solidaire du cône de trim et de l’axe cône “B”. L’axe cône “B” entraîne le second cône.
La motorisation du trim est assuré par le moteur “PAP”, qui entraine l’axe roue “A” par l’intermédiaire du train d’engrenages “5”+”6″.
Pour la suite, l’ensemble des axes roue et trim, et tout ce qui lui est concentrique, est dit “axe primaire” ; le pignon double et son axe sont dit “axe secondaire”.
Axes primaires et secondaires :
L’axe primaire : l’axe roue, en stub de 10, tourne dans un tube en alu 2017 25×37 grâce à 2 roulements encastrés dans 2 bouchons qui ferment le tube. Les deux bouchons sont solidaires d’un coté du pignon “3” et d’une roue de cône, et de l’autre coté d’un moyeu qui entraîne la seconde roue de cône.
Aux extrémités de l’axe roue, on trouve d’un coté le pignon “1” et un moyeu de roue, et de l’autre le pignon “4” et le second moyeu de roue.
Le tube d’alu est lié au châssis par 2 roulements 25x37x7 ; les 2 manettes tournent autour de ce tube via chacun 2 roulements 25x37x7.
L’axe secondaire : un simple pignon double doté de 2 roulements tourne sur un axe fixé au châssis.
Les engrenages : j’ai choisi des engrenages de module 1, le choix est assez restreint, acier ou nylon renforcé, la géométrie est la même, épaisseur 15, moyeu épaisseur 10 ; au regard des couples transmissibles, le nylon renforcé suffit très largement, et c’est tout de même plus facile à usiner : en effet, il va falloir amincir les moyeux, amincir l’engrenage lui même, aléser …
Pour exemple, le pignon double de l’axe secondaire : je pars d’un pignon 20 dents et d’un pignon 60 dents :
– 60 dts : suppression du moyeu,
– 60 dts : dés-épaississement à 10,
– 60 dts : alésage à 12 d’un coté, profondeur 4 (pour accueillir un roulement 6x12x4),
– 60 dts : alésage à 16 de l’autre coté,
– 20 dents : dés-épaississement du moyeu à 5,
– 20 dents : tournage du moyeu, diamètre 16,
– 20 dents : alésage à 12 à l’opposé du moyeu, profondeur 4, pour accueillir un second roulement.
Il ne reste plus qu’à assembler les 2 pignons, et y introduire les 2 roulements …
Le moyeu droit vient s’enfiler dans l’extrémité droite de l’axe cône (tube alu) ; il est doté d’un roulement 10x26x8, et d’une flasque sur laquelle la roue de cône droit est fixée.
Idem pour le moyeu gauche : la flasque est remplacée par le pignon “3” ; ce dernier est renforcé à l’aide d’une couronne en alu, encastrée, de façon à pouvoir y visser la roue de cône gauche.
Les moyeux de roue comportent un moyeu à proprement parler doté d’un épaulement, et une couronne concentrique placée de l’autre coté de la roue, fixation par 3 vis qui traversent la roue.
Le pignon “1” est enchâssé à force dans le moyeu gauche.
Assemblage finale de l'axe primaire :
L’axe principal au grand complet, une belle pièce, tout tourne tout seul autour de tout …
4 - Le chassis :
Le châssis supporte l’axe primaire grâce à 2 paliers qui se glissent par le bas, le moteur pas à pas, à l’intérieur coté droit, ainsi que l’axe secondaire et le potentiomètre de trim, vissés sur le flan gauche. Il est réalisé en alu de 5 et de 10. La base vient se visser en dessous.
La partie supérieure comporte 2 glissières latérales en forme de baïonnette pour assurer les butées avant et arrière des manettes, ainsi que l’arrêt iddle.
La difficulté de ce sous ensemble réside dans la partie supérieure, demi-cylindrique, dont la face supérieure comporte 2 graduations latérales et une graduation centrale – pas de difficulté – rétro-éclairées – là, ça se corse sérieusement.
Les glissières latérales en forme d’arceau comportent sur leur champ supérieur un évidement destiné à accueillir 1 bande de led pour le rétro-éclairage. Un troisième arceau central présente également un évidement pour les led ; pour des raisons de fabrication, cet arceau est constitué de 3 pièces coaxiales, la pièce centrale présentant un rayon inférieur à celui des pièces latérales. Ces trois arceaux sont assemblés sur champ par 2 pattes latérales qui serviront à la fixation du throttle sur le pedestal.
Ces 3 arceaux doivent être recouverts en partie supérieure, au dessus des rainures des led, par 3 bandes de PMMA courbes, dont les 2 latérales avec un chanfrein ; et pour ne rien gâter, ce PMMA doit être peint et gravé ! A date je ne sais pas encore vraiment comment faire …
nb : une solution passable : découpe sur champ des 3 bandes courbes (soit 3 portions de couronne), chanfreinage, et collage d’une bande de papier imprimé plastifié en face supérieure.
C’est sur ce se sous-ensemble constitué des 3 couronnes assemblées que les flancs du châssis sont vissés.
5 - Les manettes :
Ici aussi, reprise de la conception d’origine, manette en deux parties, liaison électrique par prise db9 (pour le poussoir disconnect) ; la poignée de reverse actionne le levier de reverse par l’intermédiaire d’un levier ; le levier porte le roulement qui navigue dans la glissière en forme de baïonnette du châssis, qui assure les butées extrêmes et iddle.
En partie basse, un alésage accueille 2 gros roulements 10x28x8, maintenus en place par 2 flasques.
La manette entraîne un cache lumière qui vient coulisser dans un fente en partie supérieure du châssis.
Partie basse des manettes :
La plupart des pièces sont réalisées à la CNC dans de l’alu de 15, 10 et 5 ; quelques pièces sont reprises à la fraiseuse : rainures sur champ pour les biellettes de liaison aux leviers de freins, alésages des flasques des gros roulements, lamages pour l’articulation des leviers qui portent les petits roulements 4x10x4 de reverse, encastrement des prises db9.
Les manettes sont montées sur l’axe cône “B”, espacées par des couronnes fraisées dans du POM.
Les 2 roulements d’extrémité sont également encastrés dans 2 flasques, qui seront fixées aux flans du châssis..
Partie haute des manettes :
La partie haute des manettes est usinée à la CNC sur les 2 faces dans de l’alu de 15
Les poignées de reverse sont constituées de 3 pièces en alu empilées, et qui emprisonnent la biellette de liaison au levier de reverse et son axe de rotation en laiton de 4.
La poignée supérieure est constituée de 2 flasques épaulées, vissées sur le corps de la manette ; un cylindre usiné dans du tube pvc est emprisonné entre les 2 épaulements.
Le switch “disconnect” est vissé sur le corps de la poignée ; un petit capuchon épaulé rouge (à venir) est en appui sur le poussoir, retenu par la flasque de la poignée grâce à son épaulement.
2 flans complètent l’ensemble, en emprisonnant l’axe de la poignée.
6 - L'électronique de commande :
Le trim est motorisé par un moteur pas-à-pas Nema 17-48, couple de maintien 50N.cm ; son driver est un TB6600 alimenté par une alimentation à découpage 36V 5A (oui, c’est un peu luxueux !).
L’électronique de pilotage est confiée à un Arduino mega 2560, qui recopie la position de la manette grâce à un potentiomètre monté sur le flan gauche du châssis, entraîné par l’axe roue (pignon engrenant sur l’engrenage double de l’axe secondaire).
L’ordre de positionnement du trim est lu dans A320 FMGS par un programme LUA (offset $73AE), qui récupère également les valeurs “au sol”, offset $0366, et “phase de vol”, offset $73C0. Ce programme transfert ces données à l’Arduino, qui, si l’avion est bien en vol, convertit l’ordre de positionnement en ordres pour le moteur PAP : direction et nombre de pas ; la génération des steps est confiée au module développé pour mon tour (voir “Un petit tour”).
Le câblage interne est centralisé sur un petit pcb qui regroupe toutes les connections électriques (rétro-éclairage, moteur et les 3 potentiomètres d’une part, une db9 pour le trim et une db15 pour les manettes et le rétro-éclairage d’autre part).
Alimentation, driver et Arduino sont regroupés dans un boitier séparé.
7 - Assemblage final :
Les manettes basses sont montées sur l’axe cône “B”, ainsi que les 2 roulements d’extrémité, dans leur flasque ; ce sous-ensemble est glissé entre les flans du châssis, dans 2 lamages prévus à cet effet, fixation grâce aux 2 flasques des roulements.
Le reste de l’axe primaire est ensuite inséré dans l’axe cône, les 2 moyeux sont immobilisés en rotation autour de cet axe par 2 clavettes. L’engrenage double est ensuite monté sur son axe.
La base est insérée et fixée sous le châssis par l’intermédiaire de 2 pattes en alu de 5 vissées sur le châssis et sur la base.
Manettes et leviers de freins sont reliés par 2 biellettes réglables : une tige de laiton filetée m5 jusqu’à mi-longueur dans le sens horaire à une extrémité, et dans l’autre sens à l’autre extrémité, munie d’un écrou vissé à fond jusqu’au milieu de la tige et collé à la loctite (cet écrou sert à régler la biellette), est munie à chaque extrémité d’un embout à rotule , taraudage dans un sens pour l’une et dans l’autre sens pour l’autre (embout TSF 5C et TSFL 5C).
La fixation des manettes hautes peut intervenir, il faut dégager l’un des 2 flans de chaque manette de façon à pouvoir insérer la biellette de reverse, dont l’axe est emprisonné entre les 2 flans.
Fin provisoire …
Il reste à usiner les bandes de PMMA courbes qui portent les graduations supérieures rétro-éclairables. Il faut également que je trouve comment peindre l’ensemble en ménageant la possibilité de démontage.
Je reprendrais les cônes du throttle v1, réalisés en résine moulée, réalisation délicate, et de plus je n’ai pas conservé les moules !
Idem pour les roues, elles sont constituées d’une empilement de disques en mdf découpés à la cnc (mais une simple scie sauteuse suffirait), soigneusement collés puis tournés sur une perceuse montée sur pied : la roue est montée sur une tige filetée de 12 et immobilisée par grosses rondelles et écrous : la tige est fixée dans le mandrin de la perceuse d’un coté, et enserrée de l’autre coté dans un roulement 12x24x6 monté dans un alésage pratiqué dans un tasseau de bois fixé solidement sur la base du pied.
A l’utilisation, les sensations sont incroyablement “mécaniques” ; les réglages de frein et de dureté de crantage sont aisés (directement accessibles à la base du throttle), et efficaces.
Et ces roues de trim qui tournent toute seules … Un autre monde !
Hello, I just found your posts. Fantastic Quadrant.
Would you be willing to share your drawings?
I would really like to build one like this for my simulator.
I don’t have your machinining skills but I would really like to try.
Kind Regards,
Randy
Thanks Randy,
you’re not the only one interested in the plans, I understand that.
But I was strongly recommended not to broadcast them (sidestick and throttle), because, in some respects, these devices are very close to the real ones.
On the other hand, I can, if you wish, answer specific questions and clarify certain specific points.
Michel
I think I can figure out most of it. I do appreciate your situation. It’s your design.
The one area I would like help with is the Trim axle assembly. Would you be willing to share that?
If not I will try to figure it out on my own.
Fantastic work.
Randy
Hello Randy,
no secrets about the trim axis! It seems to me that this subject is very detailed, tell me what you want me to develop more?
Michel
Yes you are correct. I was not paying attention. One thing though. If I may.
Are those bearing that the Throttles are then mounted on in the middle of the shaft?
Randy,
Each lever is mounted on 2 bearings, themselves mounted on the external axis (axis B on the scheme); this axis is itself mounted on 2 bearings, 1 on each side, on the frame; there are spacers between each of the 6 bearings; each bearing inserted into a bore and held by a cover.
have I answered your question?
Michel
Yes thank you. I appreciate your time. I will have to see if I can change the current model I am building. I have a OpenBuilds CNC but have not tried Doing Aluminum on it.
I am using mdf and acrylics as I do not have a local supplier for aluminum.
I also have a couple 3d Printers so I can probably print the gears and such in Nylon.
Lets see how it goes.
Randy
Well my throttle is coming along. I am doing something a little simpler for now just to get a handle on how the electronics will work before I get to fancy.
Could you tell me what type of potentiometers you used for the Trim Wheel and Throttle positions.
I could send a couple pictures of my progress if you like.
Thank you,
Randy
Hi Randy,
I used good quality cermet track potentiometer, 10 kohm ; you can see them in chapter “2 – La base”, pictures “Support” and “Assemblage intermédiaire”, the white square parts.
Yes, I would be happy to see the progress of your throttle !
Michel
Cermet Track Potentiometer? I am not sure what you mean by a Track Potentiometer.
Could you email me at rshuya@telus.net and I will send you those pictures.
Ok I understand the Term , track potentiometer now. I just had not heard that term before. I know it’s 10k but is it a single turn, 10 turn or constant turn type.
Considering it is on the trim wheel I would think you would need more than just a single turn.
Would a hall effect potentiometer or precision one be best for this?
Hi Randy,
the important point is the quality ! an other one is the size, because there is no much room for the potentiometer … there are single turn, it is just a matter of gears size, but they could be 10 turns.
However, for a single turn potentiometer, a large travel is better, and I don’t know if the hall effect potentiometers offer the 300 ° of a conventional potentiometer (the ones I built for the simulation are less than 180 °).
Michel
Ok thank you. I will get some good ones. I wish I could post a picture to show you what I am trying to accomplish. That would make it easier for me to describe my issues .
Hello again. I’m sure your getting tired of hearing from me but I am not giving up on this project. I have been able to create free movement in all the 3 axis. The throttles /Trim indicator and the Outside trim wheel can all move independent of each other.
But…. here is the problem or I should say here is where I am stuck.
No matter how I design the gearing The only options I see using your design is that you can either turn the Outside Trim Wheel as you have if I am correct but the Trim indicator Wheels remain stationary.
I have scoured the internet to find some indication of how the Trim Indicator Wheel is being driven and I have found only one source of a fellow rebuilding an OEM Quadrant. It looks as though the Trim indicator is controlled by a second Motor/pot and connected by a chain and sprocket.
Since I am guessing I ask you am I close to being correct. This is like the price is right game. No insult intended of course.
The only option I see from the way I have things is to install an additional panel in the middle of my design and splitting the outside axel, installing a sprocket ( belt drive) because of the distance and using a second motor and 10 turn pot on that.
Again I can’t post a picture to you so I hope you can visualize what I am saying.
I would also like to ask if I may post one of your images to the internet Simulator building community to see if someone there can assist me?
Thank you and have a great day,
Randy Shuya
Hi Randy,
I am not sure I understand correctly ? the cone (trim indicator) does not turn when you turn the trim wheel?
I can assure you that everything is working well ; you must carefully study the first drawing of chapter 3 : The trim :
– When you turn the trim wheel, the axis “A” is driven, which turns the gear “1”, which turns the double gear “2 and 2 ‘”, which turns the gear “3”, which rotates the “B” axis, which rotates the cone.
the “A” axis also rotates gear “4”, which rotates gear “5”, which rotates the stepper motor (if it is not powered on, it can rotate ).
– In the other direction, if you make the stepper motor turn, it turns “5”, “4”, “A”, the wheel, and therefore the cone.
Michel
Ok back to the drawing board. There is just something I am not seeing I guess.
Must be my old age creeping up.
Dang.
If I could just build this one thing I would be happy.
Randy
Ok , perhaps my issue is the axle cone. The one I have been trying to use is not hollow so I am unable to visualize how to place the gears to drive it.
Would you please let me send you a couple of pictures of my work so that I can make the required adjustments. I’m begging you. Otherwise I might as well throw all this in the garbage.
I need your help and no one else can or will help me with this.
Kind regards,
Randy
Bonjour,
Beau travail, bravo !
Puis-je savoir de combien est le rapport entre le trim wheel et le cône, s’il vous plait ?
Merci +++
Bonjour Charles, et merçi,
Sur ce coup là, j’ai triché, car dans la réalité, ce rapport est je crois de l’ordre de 1 à 3,5 ; dans le cas présent, compte tenu du fait que le cône ne peut pas tourner 360° (il en est empéché par le train d’engrenages internes), le rapport est seulement de 1 à 9 ; dans la pratique, c’est vraiment un detail de faible importance : on ne se sert de la roue qu’une seul fois dans un vol, au sol … en vol, celà réduit simplement l’amplitude des rotations du trim.
Michel
Michel
bonjour, je viens de trouver votre site et je suis très impressionné par votre réalisation mais pourriez vous me détailler la conception des axes centraux, et leur intégration au sein de tout le système ah et aussi si vous avez gardé les plans des cônes rétroéclairés afin de pouvoir reproduire l’aspect extérieur de ceux ci. Aussi je ne comprends pas en quoi le cône ne pourrais pas tourner a 360° car les pignons ne passent qu’au centre des cônes. Dans la mesure ou vous ne pouvais pas diffuser vos plans, pourriez vous m’envoyer les photos de repère ainsi que (dans la mesure du possible ) me décrire plus en détail la conception de l’ensemble. Merci d’avance.
Paul
Bonjour Paul,
avez-vous bien lu ce sujet, je pense avoir vraiment décrit dans le détail la “conception des axes centraux” (voir chapitre 3) ! J’y ai en particulier mentionné un axe dit “secondaire”, décallé par rapport à l’axe principale, et qui empêche donc en effet une révolution des cones sur 360°.
Attention, ce projet n’est pas des plus simples, une lecture approfondie du sujet et sa traduction en plan détaillé s’impose, mais là, c’est à vous de jouer … pour moi, ce projet est déjà très loin.
Michel