Lavjerrës elektromagnetik: 8 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Në fund të viteve 1980 vendosa që do të doja të ndërtoja një orë krejtësisht prej druri. Në atë kohë nuk kishte internet, kështu që ishte shumë më e vështirë për të bërë kërkime sesa sot … megjithëse unë arrita të kapja së bashku një rrotë shumë të papërpunuar dhe arratisjen e lavjerrësit. Koha e vrapimit ishte e kufizuar dhe ishte mjaft e çuditshme, por do të klikonte për disa minuta para se pesha të prekte dyshemenë. Gjithashtu burimet e mia ishin të kufizuara… mjetet, paratë, aftësitë e përpunimit të drurit… gjë që e bëri punën në projekt mjaft zhgënjyese. Pra, për kohën, ëndrra e orës prej druri u braktis. Shpejt përpara 30 vjet. Unë jam në pension tani, kam shumë mjete vërtet të shkëlqyera, dhe aftësitë e mia të përpunimit të drurit janë përmirësuar në mënyrë dramatike. Unë gjithashtu kam qasje në kompjuterë, softuer të mahnitshëm të dizajnit të ndihmuar nga kompjuteri (CAD) dhe internet. Kështu që projekti i orës është kthyer përsëri. Kam vendosur të shkruaj për procesin ndërsa punoj në rrugën time në dizajn. Thjesht duket si një gjë zbavitëse për të bërë.

Fillimisht doja të ndërtoja një orë që drejtohej nga graviteti dhe rregullohej nga një lavjerrës. Kohët e fundit, ndërsa isha duke gërmuar rastësisht në internet, hasa në një shok në ishullin Kauai i cili harton orë druri dhe lloje të tjera të "artit kinetik". Emri i tij është Clayton Boyer. Ishte zbulimi i modeleve të orës së zotit Boyer që më frymëzoi të vazhdoja projektin tim të orës. Një nga modelet e tij që më magjepsi quhej "Toucan". Arratisja në këmbë e përdorur në orë i ngjante faturës së zogut me të njëjtin emër. Ishte një orë argëtuese për tu parë dhe dizajni ishte shumë çuditshëm, por ajo që më tërhoqi vëmendjen përfundimisht ishte mënyra se si drejtohej. Nuk kishte pesha apo burime. Lavjerrësi dukej se rrotullohej në mënyrë magjike në këtë drejtim pa humbje të energjisë. Sekreti ishte një sistem lëvizës elektromagnetik i fshehur brenda bazës së orës dhe një magnet në fund të lavjerrësit. Duke qenë një inxhinier elektrik, mendova se kjo ishte vërtet e lezetshme dhe vendosa të kuptoj se si funksionoi e gjithë kjo dhe të krijoj versionin tim të Toucan të zotit Boyer. Për të qenë i sigurt … Unë mund të kisha blerë planet për orën pasi ato ishin në dispozicion për rreth 35 dollarë, por ku është argëtimi në këtë?

Pas një gërmimi pak më shumë në internet, zbulova se koncepti datonte në fillim të viteve 1960 me orët e përvjetorit Kundo. Ato mundësoheshin nga një bateri me qeliza të thata dhe do të funksiononin për një vit e më shumë para se të duhej të ndryshonit baterinë (kështu emri, supozoj). Thjeshtësia e qarkut të makinës më intrigoi. Kishte dy mbështjellje (njëra mbi tjetrën), një transistor germaniumi dhe një bateri. Kjo eshte e gjitha! Unë i dua gjërat e thjeshta që funksionojnë dhe kjo nuk mund të bëhet shumë më e thjeshtë. Njëra nga spiralet është e lidhur me hyrjen bazë të tranzistorit dhe spiralja tjetër është në anën e daljes së tranzistorit në seri me baterinë. Pjesa tjetër e enigmës ishte një magnet i montuar në fund të një lavjerrësi. Ndërsa lavjerrësi lëkundet nga mbështjelljet, magneti nxit një rrymë brenda spirales që drejton bazën e tranzistorit. Kjo bën që tranzistori të ndizet dhe rryma rrjedh në qarkun dalës nga bateria përmes spirales që është në seri me të. Ekziston gjithashtu një efekt transformatori që shkakton që të nxitet më shumë rrymë në spiralen hyrëse deri në pikën ku transistori ngopet. Sasia maksimale e rrymës tani po rrjedh në anën e daljes së transistorit dhe spiralja në atë qark është plotësisht e aktivizuar nga bateria duke krijuar kështu një elektromagnet me polaritet të njëjtë me magnetin në lavjerrës. Koha është e tillë që fusha magnetike e krijuar nga elektromagneti zmbraps magnetin në lavjerrës ndërsa tundet dhe i jep një goditje të vogël. Pasi lavjerrësi kalon përtej mbështjelljeve, rryma ndalon të rrjedhë në bazën e tranzistorit dhe fiket. Ky proces përsëritet sa herë që lavjerrësi lëkundet nga mbështjelljet … duke furnizuar energjinë shtesë të nevojshme për të kapërcyer humbjet brenda sistemit dhe për të mbajtur gjithçka në lëvizje. I zoti a? Ajo që është vërtet e mrekullueshme për këtë është se konsumon shumë pak energji dhe bateria do të zgjasë një kohë të gjatë. Orët prej druri që drejtohen nga burime ose pesha do të funksionojnë vetëm për një ditë para se të rindërtohen. Ata kanë tërheqjen e tyre, por mbyllja e orës çdo ditë më dukej si dhimbje. Unë ende mund të ndërtoj një nga këto një ditë (i dua arratisjet e Arnfield), por tani për tani do të jetë elektronikë në vend të gravitetit.

Pra, pjesa e parë e këtij udhëtimi është të kuptoni se si të ndërtoni lavjerrësin elektromagnetikisht të impulsuar pasi kjo jo vetëm që do të rregullojë orën, por gjithashtu do të jetë motori që e drejton atë. Përfundimisht, përveç këtij mësimi mbi lavjerrësin, unë do të publikoj një numër mësimesh që mbulojnë modelimin e sahatit në përgjithësi, modelin e ingranazheve, ndërtimin e kornizës, dhe pastaj i bashkoj të gjitha së bashku për të përfunduar një orë pune. Rrip pra … këtu ne shkojmë me procesin e projektimit për lavjerrësin …

Furnizimet

Komponenti kryesor i lavjerrësit të impulsuar elektromagnetikisht është qarku i spirales. Kam përdorur një gozhdë të zakonshme 10d (e disponueshme në dyqanin tuaj mesatar të pajisjeve) si bërthamë ferrite. Instalimet elektrike për mbështjelljet janë tela magnetikë 35 AWG. Ky është një tel shumë i hollë i veshur me një material të hollë jopërçues. Një transistor lidhës bipolar 2N4401 NPN përdoret për të kontrolluar rrjedhën e rrymës përmes qarkut. Shiriti Kapton mbulon gozhdën dhe bërthamën e përfunduar, por mund të përdorni pothuajse çdo lloj kasete. Kapakët e fundit të spirales janë fletë akrilike 1/16 inç, si dhe një copë cilindrike lisi për të vendosur transistorin dhe instalimet elektrike të spirales. Copa dhe copa të ndryshme druri skrap u përdorën për pjesën tjetër të montimit të prototipit së bashku me shufrat e kunjave në një numër diametrash. Më pëlqen të punoj me shufra kunjësh … më kujton një nga lodrat e mia të preferuara të fëmijërisë … Tinker Toys! Më duket se ata i japin mjaft mirë zhvillimit të prototipit. Furnizimi me energji elektrike është një modul plug në mur që konverton AC 110 në 9 volt DC. Përfundimisht ora do të përfundojë duke u mundësuar nga bateria, por tani për tani moduli i prizës është shumë i përshtatshëm dhe konsistent. Një komponent tjetër kyç është një magnet neodymium që është futur në fund të lavjerrësit. Magneti që kam përdorur është 1/2 inç në diametër dhe një çerek inç i trashë.

Hapi 1: Asambleja e Bërthamës së Spirales

Ndërsa po bëja kërkimet e mia për spiralen, hasa në një forum për riparimin e orës, ku njëra prej temave po diskutonte detajet e modelit të spirales. Ata kishin disa fotografi të mrekullueshme që më dhanë idenë se si të fsheh transistorin dhe instalimet elektrike të lidhura brenda bazës së spirales. Një detaj tjetër kryesor ishte se ata përmendën mbështjelljet që përmbajnë 4000 kthesa. Wow, kjo dukej shumë dhe krijoi një shqetësim në pjesën e prapme të mendjes sime se sa e arsyeshme do të ishte të mbështillni spiralën, por unë vazhdova megjithatë.

Mendova se sa i madh doja që spiralja e përfunduar të ishte dhe u vendosa në një inç në diametër dhe një inç e një çerek të gjatë. Kam prerë qarqe me diametër 1 inç nga fleta akrilike 1/16 inç për t'u përdorur për kapakët e fundit dhe një disk tjetër me diametër 1 inç nga një copë lisi e trashë 1/2 inç për bazën. Kam bluar një kanal çerek inç në diskun e lisit, si dhe kam shpuar një vrimë me diametër 3/16 inç për të akomoduar transistorin. Unë gjithashtu shpova vrima të vogla për të qenë në gjendje të drejtoja telat në kanalin në bazë. Shikoni fotot për detaje. Fillimisht kam prerë një pjesë nga pjesa e poshtme akrilike për ta bërë më të lehtë futjen e telave në bazë. Në retrospektivë, unë thjesht duhet të kisha shpuar vrima të vogla që të përputheshin me ato në bazë. Por jo punë e madhe. Vrima u shpuan gjithashtu në pjesët akrilike dhe pjesa e lisit për një përshtatje të fortë mbi gozhdë. Asambleja ishte si më poshtë: Vendoseni diskun akrilik pa nota mbi gozhdë. Përfundoni një shirit 1-1/4 inç rreth gozhdës siç tregohet dhe më pas shtoni diskun acilik të prerë. Unë aplikova epoksi në diskun e lisit dhe pastaj e rrëshqita në gozhdë në mënyrë që të ishte lidhur me diskun akrilik.

Para se të kaloja në procesin e mbështjelljes së spirales, bëra disa llogaritje të shpejta dhe të ndyra për të marrë një ide të përafërt se sa të mëdha do të ishin instalimet elektrike të përfunduara dhe rezistencën elektrike të dy mbështjelljeve. Duket se unë do të jem në gjendje të vendos të gjithë tela në montimin tim bazë kështu që isha i lumtur.

Hapi 2: Jig Dredha -dredha spirale

Unë vendosa që mbështjellja e telit rreth bërthamës tërësisht me dorë do të ishte një dhimbje e madhe, kështu që i frymëzuar nga teknologjia Tinker Toy, unë gërmova me gurë një kunj nga kunjat dhe copëzat e kompensatës dhe MDF. Zbulova se duhej të vendosja një copë zam të nxehtë në diskun e lisit të bërthamës së spirales për ta mbajtur atë fort në vend. Përndryshe, kishte një fërkim shumë të madh në montim dhe thelbi nuk do të lëvizte kur të ktheja fiksimin. Pra, me pak më shumë lëmues për të zvogëluar më tej fërkimin dhe llastikun e zamit të nxehtë, jigg ishte funksionale.

Hapi 3: Dredha -dredha e mbështjelljeve

Teli është një lloj teli i veçantë i quajtur tela magnet. Shtë një tel shumë i hollë me një fije floku që është i veshur me një material të hollë izolues. Kam përdorur 35 AWG. Isshtë shumë e zakonshme dhe ashtu si për çdo gjë tjetër që mund ta merrni nga Amazon. Unë e shpëtova mbështjelljen që shihni në foton e parë nga plehrat në punë, pasi një ngjarje e pastrimit të laboratorit. Nuk jam i sigurt se sa i vjetër është, por duket se është blerë shumë dekada më parë. LOL

Ne do të mbështjellim dy mbështjellje, njëra mbi tjetrën, mbi gozhdë në kuvendin e bërthamës. Essentialshtë thelbësore që të dy mbështjelljet të mbështillen në të njëjtin drejtim rreth montimit … përndryshe nuk do të funksionojë. Çdo spirale do të ketë afërsisht 4000 mbështjellës rreth gozhdës. Tani nuk është një marrëveshje aq e madhe nëse nuk përfundoni me saktësisht 4000 kthesa në secilën spirale, kështu që nuk keni nevojë të djersitni atë detaj, por unë kisha një fletore që mbaja shënime. U deshën disa orë për të përfunduar procesin e mbështjelljes, por unë thjesht ndez një lojë futbolli për ta parë në mënyrë që të mos mërzitem. Mund të bëja rreth 50 rrotullime rreth gozhdës çdo kalim, kështu që do të bëja disa kalime për të marrë njëqind mbështjellësa dhe do ta shënoja atë në bllokun tim të shënimeve dhe do të vazhdoja derisa arrita në 4000 mbështjellësa.

Këtu është procesi i mbështjelljes: Filloni të mbështillni mbështjelljen e brendshme duke filetuar 2 ose 3 inç tela në pjesën bazë të lisit. Etiketoni fundin e këtij teli "1". Plotësoni 4000 mbështjellësit tuaj dhe sigurohuni që të përfundoni përsëri në fundin e lisit të bërthamës. Pritini telin dhe lini rreth 2 ose 3 centimetra gjatësi shtesë në mënyrë që ta futni atë përsëri në bazën e lisit. Shënojeni këtë fund "2". Filloni spiralën e jashtme në të njëjtën mënyrë duke futur 2 ose 3 inç tela në bazën e lisit. Etiketoni këtë fund "3". Bëni 4000 kthesa të tjera, prerë tela dhe ngjiteni fundin në bazë njësoj si më parë. Etiketoni këtë fund "4". Fotografitë 4 dhe 5 tregojnë rezultatin përfundimtar të procesit të mbështjelljes. Përsëri… Sigurohuni që të mbështillni mbështjelljet e brendshme dhe të jashtme në të njëjtin drejtim !!!

Hapi 4: Përfundimi i qarkut

Siç mund ta shihni në skemë, qarku është jashtëzakonisht i thjeshtë, gjë që e bën këtë pajisje kaq tepër të ftohtë. Unë kam parë projekte të ngjashme që kanë përdorur përpunues në vend … i cili për mua është si të përdorësh një çekiç me vare për të vrarë një mizë. Unë nuk dua të rrëzoj ato lloje projektesh, por unë jam thjesht një tifoz i vërtetë i madh i modeleve që kryejnë punën me nivelin më të ulët të kompleksitetit.

Në foton e dytë po luaja me strategji të ndryshme të drejtimit për instalime elektrike. Unë ndoshta kam bërë një marrëveshje më të madhe nga ajo që duhet. Ekzistojnë vetëm disa pika kryesore … thjesht lidhni atë si skematike, por meqenëse furnizimi me energji elektrike do të jetë i jashtëm në montimin e spirales, duhet të keni telat që do të lidhen me burimin e energjisë që ngjitet në pjesën e poshtme të montimit. Me fjalë të tjera: Teli V+ shkon te kolektori i tranzistorit dhe tela V shkon te teli i etiketuar "2" në montimin tuaj të spirales. Pra, përfundimi asambleja juaj e spirales do të ketë një terminal pozitiv dhe një negativ. Ideashtë një ide e mirë t'i etiketoni këto si të tilla kur të keni mbaruar, në mënyrë që të mos harroni se cila është cila. Ah … gati se harrova. Ju do të duhet të përdorni një copë letër zmerile të imët për të hequr shtresën izoluese në tela magnet para se ta lidhni! Për qartësi në skemën… "Lo" është spiralja e jashtme dhe "Li" është spiralja e brendshme dhe gjithashtu vini re se unë i kam etiketuar skajet e telave të spirales 1, 2, 3 dhe 4 që të përputhen me mënyrën se si e bëmë atë kur mbështillnim mbështjelljet.

Unë e provova spiralën para se ta vendosja në vazo me epoksi … gjë e mirë pasi kisha bërë një gabim! Ha, unë u zemërova duke folur se sa e thjeshtë ishte gjithçka. Prandaj sigurohuni që të testoni kuvendin tuaj para se ta vendosni në tenxhere.

Për të testuar montimin e përfunduar, ngjita një magnet të rrallë të tokës në një gjatësi fije dhe e varja atë vetëm mbi kokën e gozhdës në spirale. Pastaj lidhni fuqinë në spirale dhe lëvizni magnetin pranë kokës së gozhdës. Duhet të ngrihet vetë. Ekziston një pikë e ëmbël për distancën midis magnetit dhe kokës së gozhdës. Shumë afër dhe lëvizja është e mprehtë … shumë larg dhe nuk do të funksionojë.

Fotografia e fundit tregon spiralen e përfunduar si dhe magnetin e rrallë të tokës (neodymium) që kam përdorur.

Hapi 5: Përbërësit e lavjerrësit

Pasi kisha një model të mirë pune të njohur për montimin e spirales, më duhej të ndërtoja një prototip lavjerrës në mënyrë që të mund të vlerësoja karakteristikat e tij të performancës. Isha shumë kurioz të zbuloja sa energji përdorte pajisja dhe gjithashtu kisha nevojë të dija se sa i madh i harkut do të lëvizte lavjerrësi pasi kjo do të ndikonte në mënyrën se si do të vazhdoja me modelimin e orës sime.

Unë e paketova kuvendin tim të spirales brenda një kutie të vogël prej druri dhe shtova një ndërprerës dhe lidhje me energjinë. Kutia futet brenda një prerje në pjesën e poshtme të montimit bazë të treguar në figurën dy. Gjithçka ishte një përshtatje fërkimi në mënyrë që të mund të bëja rregullime gjatë rrugës për të marrë performancën optimale. Unë shtova një tub tunxhi në pjesën e drejtë në figurën 3 për të ndihmuar në zvogëlimin e fërkimit. Kam përdorur një gozhdë 10d për kunjin për të lidhur lavjerrësin në pjesën e drejtë. Në figurën 5 mund të shihni magnetin e rrallë të tokës në fund të lavjerrësit. Unë kurrë nuk kam gjetur asgjë që thotë se polariteti i magnetit ishte i rëndësishëm. Nuk duket se ka rëndësi…. e cila më shqetëson sepse intuitivisht disi mendoj se duhet. Por kurrë nuk i kam kushtuar vëmendje asaj dhe gjithmonë duket se funksionon kështu që mendoj se jo. Fotografia e fundit tregon burimin e energjisë 9 volt DC. Kapaciteti aktual 1 amp është i tepërt … nuk ka nevojë të jetë diku afër atij siç zbulova më vonë.

Hapi 6: Montimi i Lavjerrësit

Baza është një copë pishe e trashë dy centimetra. Doja që të ishte e rëndë për të mbajtur asamblenë nga përmbysja kur lavjerrësi po lëkundej. Edhe pse ky ishte një prototip, unë prapë vendosa ta vesh pak dhe e zbukurova me copa të holla kedri të kuq. Nuk mund ta ndihmoja veten!:)

Moduli i spirales futet në anën e poshtme të bazës (figura 2) dhe e gjithë gjëja kthehet nga ana e djathtë lart (figura 3). E drejta futet në pjesën e sipërme të bazës (figura 4). Isshtë një përshtatje fërkimi. Futeni gozhdën përmes tubit prej bronzi në këmbë (foto 5). Dhe së fundi shtypni lavjerrësin në gozhdë (fotografia përfundimtare).

Unë e rregullova lavjerrësin në mënyrë që të kishte një hendek të vogël midis tij dhe bazës.

Hapi 7: Rezultatet e Performancës së Prototipit

Duke i hedhur një sy tabelës që vendosa prapa lavjerrësit të punës në video ju mund të shihni se lavjerrësi lëkundet përtej vijës së mesme, por nuk e kalon fare vijën e fundit. Kjo vendos të gjithë harkun që lavjerrësi lëkundet midis 72 dhe 80 gradë … Unë jam duke vlerësuar rreth 75 gradë. Ky është informacion i vlefshëm kur është koha për të hartuar arratisjen në këmbë për orën.

Unë gjithashtu lidha një sondë aktuale në linjën e energjisë dhe monitorova tërheqjen aktuale gjatë funksionimit. Isha jashtëzakonisht i kënaqur kur zbulova se barazimi mesatar aktual ishte pak më shumë se 2 mili-amper !!! Ajo që është vërtet interesante është se unë do të jem në gjendje ta bëj baterinë e orës të mundësuar. Nëse përdor bateri me qeliza C do të kem më shumë se 5 muaj kohë para se të më duhet të ndryshoj bateritë. Jo shume keq!

Arsyeja pse jam i ngazëllyer për përdorimin e baterive është se nuk dua që kablloja e energjisë të funksionojë në orë duke dhënë sekretin se si funksionon. Unë do t'i fsheh bateritë në bazën e orës. Plus unë do të jem në gjendje ta vendos kudo.

Hapi 8: Vijimi tjetër…

Siç mund ta shihni, unë kam qenë i zënë me hapat e ardhshëm të modelimit të orës sime. Unë u dogj në prerjen e dhëmbëve të ingranazheve. Oh zoti im është një proces i lodhshëm. Nëse ndonjëherë vendos të ndërtoj një bandë të këtyre orëve, besoj se do të investoj në një ruter të bukur CNC !!!

Kështu, ndërsa bëja një pushim nga sharrimi i dhëmbëve të ingranazheve, unë preva akrepat dhe fillova të punoj në kornizën e orës. Deri këtu mirë!

Ndërsa mendoj përpara udhëzimit tjetër në këtë seri, besoj se do të flas për procesin që kam kaluar për të hartuar dhe ndërtuar ingranazhet, kështu që qëndroni pranë atij.

Shihemi atëherë!

Vullnetarisht