Conception d’un pizza rack pour transport d’objets volumineux

Atelier de conception d'un pizza-rack pour transport d'objets volumineux dans le cadre de l'événement VéloMix.

Conception d’un pizza rack pour transport d’objets volumineux

Résumé du projet

Nous avons essayé de créer un porte-bagage pour vélo :

- adaptable sur le maximum de vélos différents,

Pizza-rack

- issu de la réutilisation de cadres de vélos non-roulants,

- pouvant transporter une charge de 30kg.

Notre équipe (Boris, Fabrice, Malo, Sarah, Titouan) disposait pour cela de deux journées au FabLab d'IMT Atlantique.

Qu'est-ce qu'un pizza-rack ?

Un pizza-rack est un porte-bagage fixé à l'avant d'un vélo. Comme son nom l'indique, sa plateforme plate permet de transporter des pizzas, ou des objets volumineux.

Conception

Dans ce paragraphe, nous utilisons des termes spécifiques à la géométrie d'un vélo ; ils sont expliqués sur la page Wikipédia Géométrie d'une bicyclette ou d'une moto.

Nous avons réalisé le schéma de principe suivant. Le pizza-rack sera fixé en trois points :

• à la fourche à l'aide d'une patte de fixation en utilisant le perçage du Té de fourche ;
• à gauche sur l'axe du moyeu de la roue avant ;
• à droite sur l'axe du moyeu de la roue avant.

Les vélos ont des formes et des tailles différentes. Nous devons donc être vigilants à ce que la forme des renforts du pizza-rack soit adaptée à géométrie de la fourche (la chasse, l'angle de douille de direction, le cintrage des fourreaux de fourche). Notamment, la longueur des renforts doit être adaptée à la longueur des fourreaux de fourche :

Diamètre interne de la jante en mm (ETRTO)	Lecture française (mm)	Lecture anglaise (pouces)	Longueur des fourreaux (mm)
622	700	28'' / 29''	334 à 375
590	650A	26''
584	650B	26'' / 27,5''	334 à 354
559	650	26''	334 à 354
541	600	24''	303 à 312

La patte de fixation sur la fourche doit être adaptée au système de freinage (v-brake, cantilever, étriers, ...).

Nous décidons que la plateforme aura une surface utile de 400 x 350 mm (Largeur x longueur).

Schéma de pliage des tubes par enroulage

Ne disposant pas de cintreuse, nous décidons de cintrer les tubes de la plateforme selon le schéma suivant. Nous enroulons le tube à cintrer autour d'un tube de même diamètre qui sera ensuite découpé.

Liste des outils nécessaires

• Poste de soudage à l'arc avec baguettes (ici nous avons utilisé des baguettes de diamètre 1.6mm, adaptées à l'acier) ;
• Brosse métallique et marteau à piquer pour soudage ;
• Meuleuse avec disque de coupe pour métal, disque abrasif, et disque à découper ;
• Pointe à tracer et marqueur ;
• Réglet, équerre et mètre ;
• Limes plate et queue de rat ;
• Étau, serre-joints, pinces-étau ;
• Équipements de protection pour le travail du métal :
  • gants ;
  • lunettes ;
  • casque anti-bruit ;
  • masque respiratoire ;
• Équipements de protection pour le travail du métal :
  • gants en cuir ;
  • tablier en cuir ;
  • casque de soudure ;
  • masque respiratoire.

Pour travailler le métal, n'utiliser que des vêtements 100% coton.

Liste du matériel nécessaire

• 2 cadres de vélos non roulants, issus du réemploi. Nous utilisons ici spécifiquement des cadres en acier à double tube horizontal. Ces tubes sont de diamètre extérieur 13mm pour des longueurs d'environ 800mm. Nous utilisons également les haubans des ces cadres, au diamètre extérieur 12mm.
• 2 pattes de fourche de VTT.

Étapes de fabrication

Découpe du cadre d'un vélo

Fabrication de la plateforme

Découper sur les cadres pour isoler les tubes de diamètre 13mm. Attention à couper au plus près des intersections pour garder le maximum de longueur.

Sur un autre tube de diamètre 13mm, couper 4 longueurs de 20mm qui serviront pour le cintrage.

Marquage d'une génératrice à la surface des tubes : positionnement des tubes.

Pour tracer une génératrice à la surface des tubes découpés, nous devons les positionner côte à côte sur une table et les fixer à l'aide de pinces-étau.

Marquage d'une génératrice à la surface des tubes : traçage.

À l'aide d'un réglet ou d'un plat en métal rectiligne, marquer simultanément une génératrice sur chaque tube, sur toute leur longueur.

Marquage des tubes pour découpe d'un ovale.

Sur un tube de 800mm, tracer les axes des cintrages :

• pour un tube de ⌀13mm , le périmètre du tube est d'environ 40 mm (π x 13mm) ; le tube sera enroulé au 3/4.
• tracer un ovale au départ de chacun des centres : 20mm vers l'extérieur du tube ; 10mm vers l'intérieur.
• Couper les ovales à l'aide d'une meuleuse, finissez à l'aide d'une lime queue de rat.

Répétez cette opération pour obtenir les deux cotés de la plateforme.

Découpe du tube pour le cintrage

Soudure du cadre

Une fois vos quatre ovales creusés, placer les tubes de 20mm de longueur dans les ovales, maintenir en position à l'aide d'une pince étau et enrouler le tube principal jusqu'à obtenir un angle de 90°. Vérifier l'angle à l'aide d'une équerre.

• A l'aide d'un poste à souder, solidifiez l'ensemble avec des points de soudures.
• Joignez vos deux parties et fixez-les avec un cordon au poste à souder.

• Réalisez l'ensemble du cadre
• Couper les excédent du tube de cintrage

Afin d'assurer un maintien optimal de la charge, il est ajouté deux barres de ⌀13 mm à l'intérieur du cadre. Gruger ces 2 tubes aux 2 extrémités avec l'aide d'un patron et fixez-les avec un cordon au poste à souder.

Tube grugé

Cadre du pizza-rack

Fabrication des renforts

• Récupérer les deux pattes d'une fourches à l'aide d'une meuleuse.
• A l'aide d'un disque à ailette, enlevez les résidus de soudure des tubes du cadre sur les pattes.
• Enlevez l'œillet et façonnez votre pièce.

Ajustement des tubes de renforts sur un pizza rack mis en position.

• Couper 4 tubes de même longueur (la longueur des tubes dépend de la longueur des fourreaux, du déport de fourche et du déport au sol)
• Gruger une extrémité des chacun des quatre tubes.
• Placer les pattes des fixation dans vos axe de roues, positionner les 4 tubes dans les pattes (coté non grugé sur les pattes) et placer votre plateforme à l'aide d'un serre-joint.
• Marquer la position des 4 gruges sur le support.

• Démonter l'ensemble
• Immobiliser les tubes et les pattes de cadre
• Fixer l'ensemble avec un cordon au poste à souder.

Fixation des tubes grugés pour soudure

Fixation de la structure sur la fourche :

Pour retenir le pizza-rack il est décidé de façonner une pièce à l'aide d'un plat de métal.

• Pour éviter une trop grosse contrainte sur la vis de fixation d'étrier de frein, il est décidé de créer un angle à 90° et de fixer la pièce en butée contre la fourche.
• L'arrondi de la pièce doit être adapté selon le système le freinage.

• Meuler un plat de métal d'environ 200mm L x 20mm l x 5mm E
• Façonner votre plat pour lui donner un angle de 90° et un retour d'environ 20mm
• Façonner l'autre extrémité pour lui donner l'arrondi souhaité
• Positionner plat sur pizza rack et le vélo et marquer vos emplacements de perçage :
  • Dans l'axe du perçage sur le Té de fourche au niveau du retour
  • Au centre du tube du pizza-rack

• Percer le plat de métal et le rack.
• Fixer votre pièce au cadre du pizza-rack à l'aide d'une vis et d'un écrou
• Fixer votre pièce à l'arrière de votre fourche
  • Sur un système de frein type Caliper (etrier à tirage latéral) la pièce vient se fixer sur la vis de l'étrier de frein (Attention à avoir la longueur suffisante)
  • Sur d'autres système de frein (V-Brake, Cantilever) fixer la pièce à l'aide d'une vis et d'un écrou

Remarques :

• Le brasage semble plus adapté que la soudure à l'arc pour ce type de projet
• La pièce de fixation du rack sur la fourche n'a pas pu être réalisé par manque de temps
• Le projet n'est pas adapté pour des axes traversants
• En cas de déport au sol et déport de fourche peu important, la position des tubes de renfort fixé à l'axe de la roue doit être réfléchi pour supporter le maximum de contrainte.
• Selon l'étrier de frein il peut être nécessaire de fixer un tube supplémentaire grugé à la perpendiculaire des tubes à l'intérieur du cadre du pizza-rack pour assembler la pièce de fixation du rack sur la fourche
• Sur un freinage type Caliper (étrier à tirage latéral ) si la vis de fixation d'étrier de frein sur la fourche est courte, il peut-être nécessaire de changer l'étrier pour avoir une longueur suffisante pour fixer votre pièce.