Napęd w osi pionowej

To już jest chyba moment, w którym wypadałoby napisać coś o napędzie obracającym w pionie cały montaż z OTA. Zaczęliśmy nad tym pracować praktycznie od razu i jak zwykle, zaczęło się od burzy mózgów.

Kolejność wykonywania poszczególnych czynności odbiegała nieco od niniejszego opisu, ale założenia definiowały pewne rozwiązanie, więc piszę o tym tak, jak kreowało się to w naszych głowach.

Założenie podstawowe: silnik zamontowany będzie na górnej, obracającej się części montażu, a dolna jego część stanowić będzie koło wielkie przekładni. Mnie najbardziej podobał się pomysł z przekładnią ślimakową, która przy tak dużym kole, jakim jest podstawa, powinna owocować niesamowicie dużym momentem. Nieco później stało się jasne, że tak dużej przekładni nie kupię za „grosze”. Kiepskim był również pomysł wykonania jej maszynowo, a to z powodu specjalnego i zapewne nie taniego procesu nacinania zębów, czego nie robi się byle prętem gwintowanym. Wydruk 3D przy średnicy 55 cm to także duży koszt, a trwałość chyba taka sobie. Można wykonać mniejsze koło zębate, ale wtedy siła napędu również będzie mniejsza, a wytrzymałość powinna być wręcz większa. Z pomocą przyszedł pasek zębaty 2GT/GT2 stosowany w amatorskiej produkcji obrabiarek CNC i drukarek 3D. Taki pasek może mieć 6, 10 lub 15 mm szerokości, a ząbki ma co 2 mm.

Silnik krokowy zazwyczaj wyposażany jest w małą rolkę, np. 16, 24 lub 36 zębów. Im większa rolka na silniku, tym słabszy napęd. Ale także im większa rolka na silniku, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że pasek przeskoczy na rolce, jeśli coś się zablokuje, ponieważ powierzchnia styku paska i rolki jest wtedy większa. Coś za coś. Całe to przedsięwzięcie jest jedną wielką próbą, „czy się uda”, więc kupiliśmy 10 m otwartego paska. Otwarty pasek znaczy tyle, że nie stanowi on zamkniętej pętli. Żeby kupić pętlę, trzeba wiedzieć, z czym się ma do czynienia, a tutaj czekały nas niezliczone próby.

Zakupione silniki krokowe mają po 200 kroków na jeden pełny obrót, a to daje 1,8° na jeden krok. Dostępne są także mikrokroki. Użycie trybu mikrokroków zależy od konfiguracji kontrolerów sterowanych przez Arduino i czas pokaże, czy będzie to w ogóle konieczne. Przełożenie naszej przekładni jest niemal równe 1:54, więc sam fakt, że mamy do dyspozycji 200 kroków sprawia, że duże koło potrzebuje wykonać 200 × 54 = 10800 kroków, aby obrócić montaż o 360°. To naprawdę dużo. Silniki są w standardzie Nema 17, co znaczy, że rozstaw otworów pod śruby na jednym boku to 1,7″. Moment obrotowy to 65 Ncm (0,65 Nm), a to też jest sporo. Nie sposób przekręcić ręką osi silnika w pozycji zatrzymanej pod napięciem, nawet jeśli na osi zamontowana jest rolka. Prąd w szczycie to 2,1 A.

20170627_182133

Istotne stało się pytanie, jak nanieść zęby na koło podstawy, aby było na czym zawiesić pasek zębaty. Nic prostszego: nakleić na koło (za pomocą taśmy dwustronnie klejącej 3M) taki sam pasek, zębami na zewnątrz. Byliśmy prawie pewni, że to się da zrobić, choć ja miałem obawy, że zęby nam się rozsynchronizują, no ale to w końcu koło o średnicy 55 cm, więc to chyba nie aż taka znowu krzywizna. A jednak. Okazało się, że co około 20 cm obwodu koła ząbek paska trafia na ząbek na kole, co spowodowane jest różnicą długości. Pociąłem więc wewnętrzny pasek na 5-centymetrowe kawałki i ponaklejałem je, przymierzając jednocześnie do lekko naciągniętego paska zewnętrznego, ale i 5 cm okazało się zbyt dużym kawałkiem. Każdy kawałek przeciąłem więc na pół, a po kolejnej próbie znowu na pół. Postały mi więc trochę nierówne kawałeczki o długości około 1 cm, które po naklejeniu na koło podstawy montażu wyglądały jak jakieś krzywe czarne zęby.

20170612_220647

20170616_230345

Jak wspomniałem, do umocowania kawałków paska na brzegu koła podstawy użyłem taśmy 3M, która jest na tyle elastyczna, że spodziewałem się ułożenia tychże kawałków w odpowiednich miejscach po finalnym nałożeniu paska na duże koło i rolkę. Dodatkowo mogę się posłużyć suszarką do miejscowego podgrzania taśmy 3M, co sprawi, że kawałki paska dadzą się łatwiej przesuwać. Ewentualne luzy na takim elastycznym podłożu są naprawdę pomijalne przy założeniu obwodu koła ok. 1,7 m.

Koło pasowe – duże czy małe – powinno mieć wystające brzegi, żeby pasek się nie zsuwał. Dobrze ustawiona rolka (w tej samej płaszczyźnie, co duże koło) powinna prowadzić pasek po dużym kole bez ekstra zabezpieczeń, ale postanowiłem wyciąć z płyty MDF pierścień podobny do tego, który wykonałem razem z filtrem słonecznym, tylko dużo większy. Po pomalowaniu przykręciłem pierścień do podstawy w przestrzeni pomiędzy dolną i górną częścią montażu tak, aby wewnątrz tego pierścienia znalazło się duże łożysko.

20170616_230217.jpg

20170618_071505

Jak widać na zdjęciu, moje krzywe czarne zęby wyprostowały się pod naciskiem pierścienia od góry, na co liczyłem od początku. Odstępami pomiędzy kawałkami pasków nadal się nie przejmuję.

Teraz przyszła kolej na wykonanie zamkniętej pętli z paska zębatego, a to jest naprawdę wyzwanie. Znaleźliśmy filmy na YouTube (m.in. ten film), jak to ludzie łączą paski „na szpilki”, więc wydawać się mogło, że to tylko odrobina starannej roboty. Przetestowaliśmy nawet wariant z igłami do strzykawek, jako bardziej ostrymi i cieńszymi, potem faktycznie przyszła kolej na szpilki. Wyglądało obiecująco. A poniżej efekt tego łącznia po naprężeniu paska na kole i rolce.

20170628_205239

20170628_214509

Pomysł okazał się nierealny, więc spróbowałem połączyć dwa końce naklejając na zakładkę ok. 20 cm paska, po połowie na każdy koniec. Wstępnie oszlifowałem gładkie „plecy” pasków i oczyściłem spirytusem. Do sklejenia użyłem kleju Butapren, ponieważ po wyschnięciu nadal jest elastyczny. Kleiłem tak kawałek po kawałku, na ile pozwoliła mi szerokość szczęk imadła. dwa razy dziennie sklejałem kolejne odcinki pasków. Po sklejeniu całości okazało się, że konstrukcja jest niesamowicie sztywna. Otóż, pasek zębaty niestety nie jest rozciągliwy, bo nie miałoby sensu jego użycie. Bardzo liczyłem na jego nierozciągliwość, ale zależało mi na tym tylko w miejscu złączenia dwóch końców paska, a nie na całości spojenia, lecz jak tu wybrnąć z tego kłopotu? Tak sztywny fragment paska nie chciał prawidłowo obejmować małej, 16-ząbkowej rolki. Wymyśliłem więc, że wykonam podobne klejenie, ale pasek nawinę na butelkę z gazowaną wodą mineralną o objętości 2l. Taka butelka jest dość sztywna. Założyłem, że krzywizna butelki jest gdzieś w połowie pomiędzy krzywizną rolki i krzywizną koła podstawy. I miałem z grubsza rację…

20170630_190916

Obecnie używam tak sklejonego paska do testów, ale docelowo planujemy zakup zamkniętej pętli paska o długości ok. 182-183 cm. To nieco więcej, niż obwód obecnego paska, ale przewidujemy zbudowanie napinacza w oparciu o dwa łożyska, dociągającego pasek w kierunku dużego koła. Opiszę ten napinacz, jeśli jego budowa okaże się konieczna.

Ale jak to się stało, że miałem na co nałożyć pasek? Jak wspomniałem, nieco skaczę pomiędzy etapami prac, ale teraz opiszę specjalną półkę, jaką wykonałem, z przeznaczeniem na silnik i docelowo na elektronikę. Początkowo znajdzie się tam Arduino wraz z kontrolerami silników krokowych, a jak wszystko będzie się dobrze układać, to mamy w planach dorzucenie Raspberry Pi do zarządzania samodzielną pracą napędów. Półka nie może przeszkadzać, więc jedyne słuszne miejsce znajduje się pod OTA, od frontu.

Uwielbiam sklepy typu Castorama, Praktiker, OBI, czy jakiekolwiek inne i w dowolnym kraju, sklepy D.I.Y. Połowa koncepcji kreuje się właśnie tam, ponieważ mam przed sobą różne materiały, które mogę ze sobą łączyć w głowie. Zatracam się wtedy i mogę tak siedzieć w sklepie do zamknięcia.

Półka, jaka chodziła mi po głowie, powinna być odporna na nacisk od góry (powinna utrzymać silnik, ewentualny napinacz, elektronikę i obudowę do tego wszystkiego) oraz nie poddawać się sile wywołanej przez napięty pasek. Kątowniki to jedyne, co brałem pod uwagę. Aluminium jest dobrym materiałem do tego celu: jest lekkie, miękkie w obróbce i wystarczająco wytrzymałe dzięki stosownemu profilowi. A to, co własnie napisałem, zobrazuje seria zdjęć, które mówią same za siebie. Niezbędna była także odrobina śrubek, nakrętek, podkładek i oczywiście małych kątowników.

20170625_190116

20170625_190443

20170625_205740

20170625_205932

20170627_183030

20170627_182658

20170701_094747

Na ostatnim zdjęciu widać dokładnie miejsce zamknięcia pętli paska (na prawo od rolki). Szału nie ma, ale do czasu zakupu gotowej pętli musi to nam wystarczyć. Do wykonania jest mnóstwo innej pracy, w tym napęd w osi poziomej, który nawet nie jest jeszcze zaczęty, więc na tym etapie cieszymy się, że całość się kręci. Dosłownie i w przenośni.

Silnik nie może leżeć bezpośrednio na płycie półki, ponieważ jego oś zbytnio wystaje pod półką, w efekcie czego rolka znajduje się za nisko i może powodować zsuwanie się paska. Można nawkładać pewną ilość podkładek pomiędzy silnik i półkę, ale ja wyciąłem dwie duże podkładki z maty korkowej 4 mm, co po skręceniu spowodowało ściśnięcie tych podkładek łącznie do ok. 6 mm. Korek tłumi drgania, więc może praca napędu będzie bardziej cicha. Nie zrobiłem zdjęcia podkładkom, ale wyglądają one mniej więcej tak:

korek

Opisana półka pojawiła się na kilku innych zdjęciach we wcześniejszych wpisach, podobnie jak jej wsporniki, które posłużyły za element podpory dla stalowych płaskowników zawieszenia poziomego. Jak wielokrotnie wspominałem, pewne prace prowadzone są równolegle.

W tym miejscu należałoby wkleić film ukazujący kręcenie się montażu w osi pionowej. Jednakże elektronika działa obecnie „na pająka”, a z każdym podejściem działa właściwie coraz mniej. W skład elektroniki wchodzi także duży i wydajny zasilacz 12V, a ja nie lubię się potykać o kable. Dlatego na tym etapie zakończę opis części mechanicznej napędu, a następnie skoncentruję się na ukończeniu obudowy i trwałym połączeniu elektroniki tak, żeby film nie straszył dzieci pająkami. Film pojawi się w postaci aktualizacji tego wpisu.

kontroler

Do sterowania silnikami używam obecnie kontrolera (gamepad) do Nintendo. Posiada on krzyżyk kierunków i kilka przycisków. Rolę przycisków można zaprogramować, ale spodziewamy się używać pierwotnie krzyżyka kierunków do „skokowego” podążania za obserwowanym obiektem. Niewykluczone, że mikrokroki pozwolą na mniejsze skoki, a wręcz na złudzenie płynności, ale wszystko okaże się dopiero w praktyce po zamknięciu elektroniki w obudowie. No i przy ładnej pogodzie. Oczywiście pierwszy test to będzie kontrolowanie ruchu zaledwie w poziomie, bo na ruch w pionie jeszcze będzie trzeba poczekać. Dobrym obiektem do testu będzie zapewne Jowisz, który w swej maksymalnej wysokości nad horyzontem przemieszcza się po nieboskłonie praktycznie poziomo. Może pozwoli to nawet na jakąś serię zdjęć, kto wie…

Reklamy