Ora e ingranazheve planetare: 6 hapa (me fotografi)

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

Orërat mekanike (të vjetra) janë tepër interesante dhe të këndshme për t'u parë, por për fat të keq janë pothuajse të pamundura për t'u ndërtuar vetë. Orëve mekanike u mungon gjithashtu pakujdesia e teknologjisë së saktë dixhitale të disponueshme sot. Ky udhëzues ju tregon një mënyrë për të kombinuar më të mirën e të dy botëve; duke drejtuar akrepat mekanikë të orës përmes një kuti ingranazhi planetar me një motor stepper dhe një Arduino!

Furnizimet

Komponentët e përgjithshëm:

• Dru 5mm dhe fletë akrilike
• Bulona M5 (kundër -zhytur), rondele dhe arra
• Ngecjet e PCB
• Vida M3 për motorin stepper

Komponentët elektrikë:

• Shoferi Stepper (kam përdorur L293d)
• Çdo lloj Arduino
• Ora në kohë reale (kam përdorur DS3231)
• Sensori i efektit Hall (kam përdorur A3144)
• Magnet neodium 5 mm
• Butonat për futjen e përdoruesit
• Rezistencë 10K
• Kondensator 100uf 25V
• Prizë DC
• Furnizimi me energji elektrike 5V 2A DC
• Bateria për RTC (cr2032 në rastin tim)

Përbërësit mekanikë:

• Çdo lloj motori stepper 1.8 gradë/hap me bosht 5 mm
• Rripi i kohës GT2 400mm
• GT2 60 dhëmb rrotull boshti 5mm
• GT2 20 dhëmb rrotull boshti 5mm
• Kushineta 5x16x5 mm (3x)
• Kushineta me fllanxha 5x16x5 mm (2x)
• Shufër e filetuar M5x50

Hapi 1: Projektimi dhe bërja e ingranazheve

Një nga qëllimet e këtij projekti ishte të kishte një motor që drejton orën e plotë, i ngjashëm me një orë të vërtetë mekanike ku një mekanizëm shpëtimi drejton orën e plotë. Akrepi i minutës megjithatë duhet të bëjë 12 rrotullime në kohën që akrepi i orës bën 1 rrotullim. Kjo do të thotë që një kuti ingranazhi zvogëlimi 1:12 është e nevojshme për të drejtuar të dy duart me një motor. Vendosa ta bëj këtë me një kuti ingranazhi planetar, videoja e përfshirë shpjegon bukur se si funksionon ky lloj kuti ingranazhesh.

Hapi tjetër për mua ishte përcaktimi i numrit të dhëmbëve për ingranazhet e ndryshme për të krijuar një raport 1:12. Kjo faqe interneti ishte shumë e dobishme dhe përmban të gjitha formulat e nevojshme. Unë i bashkova pajisjet e diellit në dorën e minutës dhe bartësin e planetit në dorën e orës, duke e lënë ingranazhin e palëvizshëm. Le të bëjmë pak matematikë!

• S = numri i dhëmbëve në pajisjet e diellit
• R = numri i dhëmbëve në ingranazhin e unazës
• P = numri i dhëmbëve në ingranazhin e planetit

Raporti i ingranazheve (i) përcaktohet nga:

i = S/R+S

Vini re se numri i dhëmbëve në ingranazhet e planetit nuk ka rëndësi për raportin e ingranazheve në këtë rast, megjithatë ne duhet të respektojmë kufizimin e përgjithshëm:

P = (R - S)/2

Pas disa gjërave të çuditshme përfundova duke përdorur numrat e mëposhtëm: S = 10; R = 110; P = 50; Ata duket se janë në prag të asaj që është e mundur pasi ka shumë pak hapësirë midis ingranazheve të planetit, por funksionon!

Ju mund të vizatoni ingranazhet në programin tuaj të preferuar CAD, shumica prej tyre kanë shtojca të veçanta të ingranazheve. Ju gjithashtu mund të përdorni vetëm skedarët e bashkangjitur në këtë Instructable. sigurisht. Vini re se të gjitha ingranazhet, edhe pse ndryshojnë në madhësi, kanë të njëjtën lartësi dhëmbësh.

Mendova se do të ishte e mrekullueshme t'i bëja këto ingranazhe nga alumini 5 mm dhe kontaktova një dyqan lokal me një avion në qoftë se ata mund të shkurtojnë këto ingranazhe për mua. Normalisht që kurrë nuk do të bëni ingranazhe me ujëprerës, por këto janë ingranazhe me performancë shumë të ulët. Çuditërisht ata ranë dakord të provonin, por ky plan dështoi tmerrshëm. Pjesët ishin thjesht të vogla për ujësjellësin dhe filluan të lëviznin gjatë kohës që pritej.

Ky dështim nënkuptonte se ishte koha për planin B, kështu që bleva një akrilik të zi tymi 5 mm dhe gjeta një vend me një prestar lazer, i cili nuk e kishte problem të priste ingranazhet e mia. Nëse nuk keni një prestar lazer në dispozicion, me siguri mund të përdorni një printer 3D për këto ingranazhe, unë përfshiva skedarët STL (ingranazhi i unazës mund të duhet të ndahet në 3 pjesë).

Pas prerjes unë shtyp kushineta të pajisura në ingranazhet e planetit. Për të arritur përshtatshmërinë, unë bëra një pjesë provë akrilike me disa vrima të cilat secila kishin një diametër pak më të madh (hapa 0.05 mm). Pasi gjeta cilësimin me përshtatjen e duhur, ndryshova madhësinë e vrimës në ingranazhet e planetit në këtë cilësim. Kjo është diçka që ndryshon me materialin dhe llojin e makinës, kështu që gjithmonë duhet ta bëni vetë.

Hapi 2: Montimi i Sistemit të ingranazheve

Për të mbledhur ingranazhet, nevojitet korniza e orës. Tani kjo është pjesa ku mund ta lini kreativitetin tuaj të shkretë pasi forma e kornizës është relativisht e parëndësishme për sa kohë që të gjitha vrimat e bulonave janë në vendin e duhur. Zgjodha të bëja shumë vrima në pllakën e thirrjes dhe pllakën e pasme për të theksuar mekanizmin e ingranazheve. Kjo është gjithashtu arsyeja që bartësit e planetit dhe dora e minutës janë një lloj transparente, por gjithashtu duket thjesht e lezetshme!

Kam përdorur edhe një herë prerësin lazer për të bërë këto pjesë, dhe meqenëse pjesët akrilike ishin 5 mm të trasha, unë gjithashtu i bëra pjesët prej druri 5 mm të trasha. Të gjitha vrimat në pllakën e thirrjes dhe bartësin e planetit u mbytën për të akomoduar bulonat që përputheshin.

Aksi qendror i orës kalon në dy kushineta brenda bartësve të planetit. Meqenëse e bëra këtë bosht nga stoli i shiritit 5 mm ai ka një përshtatje vërtet të ngushtë brenda kushinetave dhe nuk kam qenë në gjendje t'i çmontoj më këto përbërës. Do të ishte shumë më e thjeshtë të përdorni vetëm një copë fije M5 pasi gjithashtu nuk do të keni nevojë të prishni fijen tuaj (nëse e kuptova më parë…..). Për të ndaluar që ingranazhet e diellit të rrotullohen rreth boshtit ajo ka një vrimë në formë D, kështu që boshti gjithashtu duhet të vendoset në këtë formë D. Kur veshja e diellit përshtatet rreth boshtit ju mund të mblidhni boshtin, mos harroni transportuesit e planetit nëse përdorni kushineta me fllanxha! Shikoni pamjen e shpërthyer për udhëzimet e montimit.

Kur boshti qendror është montuar, është koha e tij për planetet. Këto gjithashtu kanë nevojë për rondele të vogla, ashtu si boshti qendror, për t'u siguruar që ingranazhet funksionojnë pa probleme. Pasi gjithçka është montuar në transportuesit e planetit, kontrolloni nëse ingranazhet e planetit dhe pajisjet e diellit funksionojnë pa probleme.

Pjesa qendrore tani mund të montohet në kornizën e orës. Kjo është një punë e lodhshme, por ngjitja e bulonave nëpër pllakën e përparme dhe ngjitja e tyre në vend ndihmon shumë. Mund të jetë gjithashtu e dobishme të ngrini pllakën e përparme për të krijuar vend për dorën e minutës. Fotografitë tregojnë se kam vendosur gjashtë copa të vogla letre midis unazës së ingranazhit dhe pllakës së pasme për të dhënë pak hapësirë për ingranazhet. Kur futni bartësin e planetit, sigurohuni që numrat të drejtohen në një vend të arsyeshëm (nëse dora e minutës së dorës tregon 12 në 12, akrepi i orës nuk duhet të jetë në mes të dy orëve të shembullit)

Hapi 3: Lidhja e Stepper dhe Sensorit

Tani që kemi një mekanizëm ingranazhi që drejton duart në mënyrë korrekte, ne ende duhet të drejtojmë mekanizmin e ingranazheve në mënyrë korrekte. Mund të përdoren lloje të ndryshme të motorëve elektrikë, unë zgjodha një motor stepper pasi ai mund të bëjë lëvizje të sakta pa sensorë të vazhdueshëm të reagimit këndor. Një motor stepper gjithashtu mund të bëjë një tingull të vërtetë "Kliko", i cili është i shkëlqyeshëm për orën gjysmë-mekanike!

Një motor stepper i rregullt mund të bëjë 200 hapa për rrotullim, që përkthehet në 200 hapa në orë nëse e lidhim me dorën e minutës. Kjo do të thoshte një interval prej 18 sekondash për hap, i cili ende nuk tingëllon si një orë që trokit. Prandaj, kam përdorur një transmetim 1: 3 midis motorit stepper dhe akrepave minutë, kështu që motori stepper duhet të bëjë 600 hapa në orë. Duke përdorur modalitetin gjysmë hapi kjo mund të rritet në 1200 hapa në orë, që është e barabartë me një hap për 3 sekonda. Tingëllon më mirë!

Një problem me motorët stepper është që ju kurrë nuk e dini se ku janë kur aktivizoni Arduino -n tuaj. Kjo është arsyeja pse të gjithë printerët 3D kanë ndalesa përfundimtare, kështu që ju mund ta zhvendosni printerin tuaj në një pozicion të njohur dhe pastaj të vazhdoni nga ajo pikë. Kjo është gjithashtu e nevojshme për orën, vetëm një ndalesë fundore nuk do të funksionojë pasi një orë duhet të bëjë rrotullime të vazhdueshme. Për të realizuar këtë pozicionim, unë përdor një sensor të efektit A3144 Hall që ndjen një magnet (kontrolloni polaritetin!….) I bashkangjitur bartësit të planetit. Kjo përdoret për të lëvizur duart në një pozicion specifik gjatë fillimit, pas së cilës ata mund të lëvizin në kohën e nevojshme.

Montimi është shumë i thjeshtë; Bashkangjiteni motorin stepper në pllakën e pasme, duke i lënë vidhat pak të lirshme. Pastaj mund të montoni rrotullën e vogël në boshtin e motorit stepper dhe të kontrolloni nëse rripi i kohës funksionon drejt. Tani mund të rrëshqisni motorin stepper për të rregulluar tensionin në rripin e kohës. Rripi i kohës ka nevojë për një lojë të vogël për t'u siguruar që nuk po stresoni ingranazhet. Luani me këtë cilësim derisa të jeni të kënaqur, pastaj shtrëngoni plotësisht vidhat e motorit stepper.

Sensori i efektit të sallës është ngjitur në vend. Shtë më mirë të lidhni së pari tre tela në sensor, duke u siguruar që të zvogëloni nxehtësinë rreth secilës këmbë të sensorit, në mënyrë që ata të mos mund të shkurtojnë njëri -tjetrin. Pas bashkimit, sensori mund të ngjitet në vend. Nuk ka shumë rëndësi se cila anë është lart, përderisa nuk e keni lidhur magnetin akoma. Pasi ta keni ngjitur sensorin në vend, lidheni atë me një Arduino ose një qark të vogël LED për të provuar nëse funksionon. (SHENIM: sensori i efektit të sallës funksionon vetëm nëse linjat e fushës magnetike shkojnë në drejtimin e duhur). Duke përdorur këtë qark provë, verifikoni sesi magneti duhet të ngjitet. Pasi të jeni absolutisht të sigurt se cila anë e magnetit tuaj duhet të përballet me sensorin, ngjiteni magnetin në vend.

Hapi 4: Elektronika që bëjnë shënimin e orës

Ju mund të përdorni një kod shumë të thjeshtë Arduino i cili bën një hap gjysmë me motorin dhe pastaj merr një vonesë 3000 milisekonda deri në hapin tjetër. Kjo do të funksiononte, por nuk është shumë e saktë pasi ora e brendshme Arduino nuk është shumë e saktë. Së dyti, Arduino do të harrojë kohën sa herë që humbet fuqinë.

Për të mbajtur gjurmët e kohës, është më mirë të përdorni një orë në kohë reale. Këto gjëra janë patate të skuqura të krijuara posaçërisht me një bateri rezervë që mbajnë me saktësi kohën. Për këtë projekt zgjodha DS3231 RTC i cili mund të komunikojë me një Arduino përmes i2c, duke e bërë instalimin e kabllove të lehtë. Sapo të vendosni kohën saktë në çipin e tij nuk do të harrojë kurrë se sa është ora (për sa kohë që bateria cr2032 ka mbetur pak lëng). Shikoni këtë faqe në internet për të gjitha detajet në lidhje me këtë modul.

Drejtimi i motorit stepper bëhet me një drejtues motori L293d. Disa drejtues më të avancuar të motorëve stepper përdorin një sinjal PWM për mikro-hapim dhe kufizim aktual. Ky sinjal PWM mund të bëjë zhurmë të bezdisshme që çdo prodhues është i njohur (veçanërisht nëse zotëroni një printer 3D). Meqenëse kjo orë duhet të bëhet pjesë e brendshme tuaj, zhurmat e pakëndshme nuk janë të dëshirueshme. Prandaj, vendosa të përdor shoferin e teknologjisë së ulët l293d për t'u siguruar që ora ime është e heshtur (përveç hapave çdo 3 sekonda, por kjo është në të vërtetë e këndshme!). Shikoni këtë faqe në internet për një përshkrim të hollësishëm të çipit l293d. Vini re se unë drejtoj motorin tim stepper në 5V e cila ul konsumin e energjisë dhe temperaturën e motorit stepper.

Siç u përmend më herët, unë përdor një sensor të efektit Hall për të zbuluar një magnet të ngjitur në bartësin e planetit. Parimi i funksionimit të sensorit është shumë i thjeshtë, ai ndryshon gjendjen kur një magnet është mjaft afër. Në këtë mënyrë Arduino juaj mund të zbulojë një dixhital të lartë ose të ulët dhe për këtë arsye të zbulojë nëse një magnet është afër. Shikoni këtë faqe në internet e cila tregon se si të lidhni sensorin dhe tregon kodin e thjeshtë të përdorur për zbulimin e magnetit.

E fundit por jo më pak e rëndësishme, shtova 4 butona për hyrjen e përdoruesit në PCB. Ata përdorin rezistencat e brendshme tërheqëse Arduino për të thjeshtuar instalimet elektrike. PCB -ja ime gjithashtu ka tituj në një konfigurim Uno, kështu që unë mund të shtoj mburoja Arduino për zgjerime të mundshme (nuk e kam bërë këtë deri më tani).

Unë së pari testova gjithçka në tabelën time të bukës dhe më pas projektova dhe porosita një PCB të personalizuar për këtë projekt, pasi duket e mrekullueshme! Ju gjithashtu mund të montoni PCB në pjesën e pasme të orës tuaj nëse nuk doni ta shikoni atë.

Skedarët Gerber për PCB mund të shkarkohen nga disku im, Instructables nuk më lejon t'i ngarkoj ato për ndonjë arsye. Përdoreni këtë lidhje në google drive tim.

Hapi 5: Programimi i Arduino

Kodi bazë për Arduino është në të vërtetë shumë i thjeshtë. Unë bashkangjita një skemë që vizualizon atë që ndodh brenda Arduino dhe si ndërlidhet Arduino me pajisjet e tjera. Kam përdorur disa biblioteka për të thjeshtuar kodimin.

• Accelstepper -> trajton sekuencën e hapave të motorit stepper, ju lejon të jepni komanda intuitive si: Stepper.runSpeed (), ose Stepper.move () të cilat ju lejojnë të lëvizni me një shpejtësi të caktuar ose në një pozicion të caktuar respektivisht.
• Wire -> kjo është e nevojshme për komunikimin i2c, edhe kur përdorni RTClib
• RTClib -> trajton komunikimin midis Arduino dhe RTC, ju lejon të jepni komanda intuitive si rtc.now () e cila kthen kohën aktuale.
• OneButton -> Trajton hyrjen e butonit, zbulon shtypjet dhe më pas drejton një zbrazëti të paracaktuar për të bërë diçka. Mund të zbulojë shtypje të vetme, të dyfishta ose të gjata.

Kur shkruani kod për një orë është shumë e rëndësishme të shmangni të paturit e ndryshoreve që vazhdojnë të rriten. Meqenëse kodi Arduino do të funksionojë 24/7 këto ndryshore shpejt do të bëhen gjithnjë e më të mëdha dhe përfundimisht do të shkaktojnë një tejmbushje. Për shembull, motori stepper nuk urdhërohet të shkojë në një pozicion të caktuar, pasi ky pozicion vetëm do të rritet me kalimin e kohës. Në vend të kësaj, motori stepper urdhërohet të lëvizë një numër të caktuar hapash në një drejtim të caktuar. Në këtë mënyrë nuk ka asnjë ndryshore pozicioni që rritet me kalimin e kohës.

Herën e parë që lidhni RTC që ju nevojitet për të vendosur kohën e çipit, ka një pjesë të kodit që mund të mos e komentoni që e përcakton kohën e RTC të barabartë me kohën e kompjuterit (koha në momentin që përpiloni kodin). Vini re se kur e lini këtë pa u komentuar, koha RTC do të rivendoset në kohën në të cilën keni përpiluar kodin tuaj çdo herë. Pra, mos e komentoni këtë, drejtojeni një herë dhe pastaj komentojeni përsëri.

I bashkangjita kodin tim këtij Instructable, e komentova tërësisht. Mund ta ngarkoni pa ndonjë ndryshim ose ta shikoni dhe të shihni se çfarë mendoni!

Hapi 6: Shijoni tingullin e goditjes së orës tuaj për herë të parë

Pas lidhjes së të gjithë pajisjeve elektronike dhe ngarkimit të kodit, ky është rezultati!

Dizajni bazë i kësaj ore është shumë i thjeshtë dhe mund të bëhet në forma dhe madhësi të ndryshme. Meqenëse ka një Arduino në bord, gjithashtu mund të shtoni lehtësisht veçori shtesë. Vendosja e një alarmi, bëni që ora të ndezë aparatin tuaj të kafesë në një kohë të caktuar, lidhje interneti, mënyra demonstrimi të lezetshme që nxjerrin në pah lëvizjen mekanike për të treguar modelin tuaj tek të tjerët dhe shumë më tepër!

Siç mund ta keni vënë re gjatë gjithë këtij Udhëzuesi, më duhej të ndaja orën për hir të shkrimit të këtij Udhëzuesi. Edhe pse për të ardhur keq për këtë Instructable unë të paktën mund të garantoj që dizajni të performojë shumë mirë në planin afatgjatë, meqenëse kjo orë po funksionon për më shumë se 3 vjet në dhomën time të jetesës pa asnjë problem!

Ju lutem më tregoni në komente nëse ju pëlqeu ky Instructable, është hera e parë që shkruaj një të tillë. Gjithashtu nëse keni ndonjë këshillë ose pyetje, thjesht më dërgoni një mesazh. Dhe shpresoj se frymëzova dikë që gjithashtu të ndërtojë një orë gjysmë mekanike një ditë!

Çmimi i Parë në Konkursin e Orëve