Planet dişli saatı: 6 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

(Köhnə) mexaniki saat işləri inanılmaz dərəcədə maraqlı və izləmək xoşdur, lakin təəssüf ki, özünüzü qurmaq demək olar ki, mümkün deyil. Mexanik saatlar, bu gün mövcud olan dəqiq rəqəmsal texnologiyanın diqqətsizliyindən də məhrumdur. Bu Təlimat, hər iki dünyanın ən yaxşısını birləşdirmək üçün bir yol göstərir; mexaniki saat əllərini bir pilləli mühərriki və bir Arduino ilə planet sürət qutusundan keçirərək!

Təchizat

Ümumi komponentlər:

• 5 mm ağac və akril təbəqə
• M5 boltlar (havşa), yuyucular və qoz -fındıq
• PCB dayanıqlılıqları
• Step motor üçün M3 vintlər

Elektrik komponentləri:

• Step sürücü (L293d istifadə etdim)
• İstənilən növ Arduino
• Real vaxt saatı (DS3231 istifadə etdim)
• Hall effekti sensoru (A3144 istifadə etdim)
• 5 mm Neodium maqnit
• İstifadəçi girişi üçün düymələr
• 10K müqavimət
• 100uf 25V kondansatör
• DC yuvası
• 5V 2A DC enerji təchizatı
• RTC üçün batareya (mənim vəziyyətimdə cr2032)

Mexanik komponentlər:

• 5 mm oxlu hər növ 1.8 dərəcə/pilləli step motor
• GT2 400 mm zamanlama kəməri
• GT2 60 dişli 5 mm ox kasnağı
• GT2 20 dişli 5 mm ox kasnağı
• 5x16x5 mm rulman (3x)
• 5x16x5 mm flanşlı rulman (2x)
• M5x50 yivli çubuq

Addım 1: Ötürücülərin Dizaynı və Hazırlanması

Bu layihənin məqsədlərindən biri, tam qaçan mexanizmin tam saatı idarə etdiyi əsl mexaniki saata bənzər, tam saatı idarə edən bir motora sahib olmaq idi. Dəqiqə əqrəbinin saat əqrəbinin 1 dönmə zamanı 12 dönmə etməsi lazımdır. Bu o deməkdir ki, hər iki əli bir motorla idarə etmək üçün 1:12 azaldıcı sürət qutusuna ehtiyac var. Planet sürət qutusu ilə bunu etməyə qərar verdim, daxil olan video bu tip sürət qutusunun necə işlədiyini gözəl izah edir.

Mənim üçün növbəti addım, 1:12 nisbətini yaratmaq üçün fərqli dişlilərin diş sayını təyin etmək idi. Bu veb sayt çox faydalı idi və bütün lazımi formulları ehtiva edirdi. Günəş dişlilərini dəqiqə əlinə, planet daşıyıcısını isə saat əqrəbinə bağladım, halqa dişlini hərəkətsiz vəziyyətdə qoydum. Gəlin bir az riyaziyyat edək!

• S = günəş dişlilərindəki dişlərin sayı
• R = üzük dişli dişlərin sayı
• P = planet dişli dişlərinin sayı

Ötürücü nisbəti (i) aşağıdakılarla müəyyən edilir:

i = S/R+S

Diqqət yetirin ki, planet dişli dişlərinin sayı bu vəziyyətdə dişli nisbəti üçün heç bir əhəmiyyət kəsb etmir, lakin ümumi məhdudiyyətə riayət etməliyik:

P = (R - S)/2

Bir az təəccübləndirdikdən sonra aşağıdakı rəqəmlərdən istifadə etdim: S = 10; R = 110; P = 50; Planet dişliləri arasında çox az boşluq olduğu üçün mümkün olanın kənarında görünürlər, amma işləyir!

Dişliləri ən çox sevdiyiniz CAD proqramında çəkə bilərsiniz, əksəriyyətində xüsusi dişli plaginləri var. Bu Təlimata əlavə edilmiş faylları da istifadə edə bilərsiniz. əlbəttə. Diqqət yetirin ki, ölçüləri fərqli olsa da, bütün dişlilər eyni diş aralığına malikdir.

Bu dişliləri 5 mm alüminiumdan düzəltməyin əla olacağını düşündüm və bu dişliləri mənim üçün kəsə bilsələr, su jeti ilə yerli bir dükanla əlaqə saxladım. Normalda su kəsiciləri ilə heç vaxt dişli düzəltməzdiniz, amma bunlar çox aşağı performanslı dişlilərdir. Təəccüblüdür ki, cəhd etməyə razılaşdılar, amma bu plan dəhşətli şəkildə uğursuz oldu. Su jeti üçün hissələr çox kiçik idi və kəsilərkən hərəkət etməyə başladı.

Bu geriləmə, B planının vaxtı gəldiyini ifadə etdi, buna görə də 5 mm -lik dumanlı qara akril aldım və dişlilərimi kəsməkdə heç bir problemi olmayan bir lazer kəsici ilə bir yer tapdım. Lazer kəsiciniz yoxdursa, ehtimal ki, bu dişlilər üçün 3D printerdən də istifadə edə bilərsiniz, STL sənədlərini daxil etdim (halqanın 3 hissəyə bölünməsi lazım ola bilər).

Kəsdikdən sonra quraşdırılmış yataqları planet dişlilərinə basdırıram. Düzgün uyğunlaşmaq üçün hər biri bir qədər böyük diametrli (0.05 mm pilləli) bir neçə deşikli bir test akrilik etdim. Düzgün uyğunluğu tapdıqdan sonra planet dişlilərindəki delik ölçüsünü bu ayara dəyişdim. Bu material və maşın növü ilə fərqlənən bir şeydir, buna görə də bunu həmişə özünüz etməlisiniz.

Addım 2: Ötürücü Sistemin Montajı

Dişliləri yığmaq üçün saatın çərçivəsinə ehtiyac var. İndi bütün bolt delikləri doğru yerdə olduğu müddətcə çərçivənin forması nisbətən əhəmiyyətsiz olduğu üçün yaradıcılığınızı sərbəst buraxa biləcəyiniz hissədir. Ötürücü mexanizmini vurğulamaq üçün yığma lövhədə və arxa plakada çoxlu deşiklər açmağı seçdim. Bu da planet daşıyıcılarının və kiçik əllərin bir növ görmə qabiliyyətinin səbəbidir, eyni zamanda sadəcə sərin görünür!

Bir daha bu hissələri düzəltmək üçün lazer kəsicidən istifadə etdim və akril hissələrin qalınlığı 5 mm olduğundan taxta hissələri də 5 mm qalınlığında etdim. Çarx lövhəsindəki və planet daşıyıcısındakı bütün deliklər, uyğun boltları yerləşdirmək üçün havşalı idi.

Saatın mərkəzi oxu planet daşıyıcılarının içərisində iki rulmanla hərəkət edir. Bu oxu 5 mm çubuqdan hazırladığım üçün rulmanların içərisində həqiqətən sıx bir oturuş var və bu komponentləri artıq sökə bilmədim. Yalnız bir parça M5 istifadə etmək daha asan olardı, çünki artıq öz ipinizi kəsmək məcburiyyətində qalmayacaqsınız (əvvəlcədən başa düşsəydim …..). Günəş dişlinin ox ətrafında fırlanmasını dayandırmaq üçün D şəkilli bir çuxura malikdir, buna görə də oxun bu D şəklinə salınması lazımdır. Günəş dişli oxun ətrafında yerləşdikdə, oxu yığa bilərsiniz, flanşlı rulmanlardan istifadə edirsinizsə, planet daşıyıcılarını unutmayın! Montaj təlimatları üçün partladılmış görünüşə baxın.

Mərkəzi ox quraşdırıldıqda, planetin dişli vaxtıdır. Dişlilərin düzgün işləməsini təmin etmək üçün, mərkəzi ox kimi kiçik yuyuculara da ehtiyac var. Hər şey planet daşıyıcılarına quraşdırıldıqdan sonra, planet dişlilərinin və günəş dişlilərinin düzgün işlədiyini yoxlayın.

Mərkəzi hissə artıq saat çərçivəsinə quraşdırıla bilər. Bu çox yorucu bir işdir, ancaq boltları ön plakanın içindən yapışdırıb yerə yapışdırmaq çox kömək edir. Dəqiqə üçün yer yaratmaq üçün ön lövhəni qaldırmaq da faydalı ola bilər. Şəkillər göstərir ki, dişlilərə bir az boşluq vermək üçün dişli halqa ilə arxa lövhənin arasına altı kiçik kağız parçası qoydum. Planet daşıyıcısını daxil edərkən, kadrların həssas bir yerə işarə etdiyinə əmin olun (əgər jurnalın əqrəbi 12-ni göstərirsə, saat əli iki saatlıq nümunə arasında olmamalıdır)

Addım 3: Stepper və Sensorun birləşdirilməsi

İndi əlləri düzgün idarə edən bir dişli mexanizmimiz var, yenə də dişli mexanizmini düzgün idarə etməliyik. Müxtəlif növ elektrik mühərriklərindən istifadə oluna bilərdi, daimi açısal geribildirim sensorlar olmadan dəqiq hərəkətlər edə biləcəyi üçün bir step motor seçdim. Bir step motor da yarı mexaniki saat üçün əla olan əsl "klik" səsi çıxara bilər!

Normal bir step motoru, hər dəqiqə başına 200 addım ata bilər ki, bu da onu dəqiqə əlinə bağlasaq saatda 200 addım deməkdir. Bu, hər addımda 18 saniyəlik bir fasilə deməkdir ki, bu da hələ cingiltili saata bənzəmir. Buna görə step motoru ilə dəqiqə əlləri arasında 1: 3 sürət ötürücüsündən istifadə etdim, buna görə də step motorun saatda 600 addım etməsi lazımdır. Yarım addım rejimindən istifadə edərək, bu, 3 saniyədə bir addıma bərabər olan saatda 1200 addım artırıla bilər. Daha yaxşı səslənir!

Step motorlarla bağlı bir problem, Arduino -nuzu işə salanda onların harada olduğunu heç vaxt bilməməyinizdir. Bu səbəbdən bütün 3D printerlərdə son nöqtələr var, buna görə də yazıcınızı bilinən bir yerə köçürə və sonra o nöqtədən davam edə bilərsiniz. Bu saat üçün də lazımdır, yalnız bir dayanma işləməyəcək, çünki bir saat davamlı fırlanmalıdır. Bu mövqe algılamasını həyata keçirmək üçün planet daşıyıcısına bağlı bir maqnit (qütblüyünü yoxlayın! …) hiss edən A3144 Hall effekti sensoru istifadə etdim. Bu, əlləri işə salarkən müəyyən bir mövqeyə keçirmək üçün istifadə olunur, bundan sonra lazım olan vaxta keçə bilərlər.

Montaj çox sadədir; Vidaları bir qədər boş buraxaraq step motorunu arxa plakaya bağlayın. Sonra kiçik kasnağı step motor oxuna bağlaya və zamanlama kəmərinin düz işlədiyini yoxlaya bilərsiniz. İndi zamanlama kəmərindəki gərginliyi tənzimləmək üçün step motorunu sürüşdürə bilərsiniz. Vitesə heç bir stress qoymadığınızdan əmin olmaq üçün zamanlama kəmərinin kiçik bir oyuna ehtiyacı var. Bu ayarla razı qalana qədər oynayın, sonra step motorunun vintlərini tamamilə sıxın.

Zal effekti sensoru yerində yapışdırılır. Sensorun hər ayağının ətrafına istilik büzülməsini təmin etmək üçün əvvəlcə sensora üç teli lehimləmək ən yaxşısıdır. Lehimdən sonra sensoru yerə yapışdırmaq olar. Hələ maqnit bağlamadığınız müddətcə hansı tərəfin yuxarı qalxmasının əhəmiyyəti yoxdur. Sensoru yerinə yapışdırdıqdan sonra, işlədiyini yoxlamaq üçün Arduino və ya kiçik bir LED sxeminə qoşun. (DİQQƏT: salon effekti sensoru yalnız maqnit sahəsinin xətləri düzgün istiqamətdə gedərsə işləyir). Bu test dövrəsini istifadə edərək, maqnitin necə yapışdırılacağını yoxlayın. Maqnitinizin hansı tərəfinin sensora baxmalı olduğuna tam əmin olduqdan sonra mıknatısı yerinə yapışdırın.

Addım 4: Saatı İşarə Edən Elektronika

Motorla yarım addım atan və sonrakı addıma qədər 3000 millisaniyə gecikmə aparan çox sadə bir Arduino kodundan istifadə edə bilərsiniz. Bu işləyəcək, amma daxili Arduino saatı son dərəcə dəqiq olmadığından çox dəqiq deyil. İkincisi, Arduino hər dəfə gücünü itirəndə vaxtı unudar.

Zamanı izləmək üçün real vaxtdan istifadə etmək daha yaxşıdır. Bu şeylər, vaxtını dəqiq izləyən, ehtiyat batareyalı xüsusi hazırlanmış çiplərdir. Bu layihə üçün, Arduino ilə i2c vasitəsi ilə əlaqə qura bilən DS3231 RTC -ni seçdim, kabellərin bağlanmasını asanlaşdırdı. Vaxtını çipinə düzgün təyin etdikdən sonra, saatın nə vaxt olduğunu heç vaxt unutmayacaq (cr2032 batareyasında bir az suyu qalıbsa). Bu modul haqqında bütün detallar üçün bu veb saytına baxın.

Step motoru idarə etmək L293d motor sürücüsü ilə aparılır. Bəzi daha inkişaf etmiş step motor sürücüləri mikro addım və cərəyan məhdudiyyəti üçün PWM siqnalından istifadə edirlər. Bu PWM siqnalı hər bir istehsalçının tanış olduğu zəhlətökən səs -küy yarada bilər (xüsusən 3D printeriniz varsa). Bu saat interyerinizin bir hissəsi halına gəldiyindən pis səslər istənilmir. Buna görə də saatımın səssiz olduğundan əmin olmaq üçün aşağı texnologiyalı l293d motor sürücüsündən istifadə etmək qərarına gəldim (hər 3 saniyədə bir addım atmaqla yanaşı, əslində bu xoşdur!). L293d çipinin ətraflı təsviri üçün bu veb saytına baxın. Diqqət yetirin ki, step motorumu 5V -də işləyirəm ki, bu da step motorunun enerji istehlakını və temperaturunu azaldır.

Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, planet daşıyıcısına yapışdırılmış bir maqnit aşkar etmək üçün Hall effekti sensoru istifadə edirəm. Sensorun işləmə prinsipi çox sadədir, maqnit kifayət qədər yaxın olduqda vəziyyəti dəyişir. Bu şəkildə Arduino, rəqəmsal bir yüksək və ya aşağı bir algılayabilir və buna görə də bir maqnitin yaxın olub olmadığını müəyyən edə bilər. Sensorun necə bağlanacağını və maqnit aşkarlanması üçün istifadə olunan sadə kodu göstərən bu veb saytına baxın.

Son olaraq, PCB -yə istifadəçi girişi üçün 4 düymə əlavə etdim. Kablolamanı asanlaşdırmaq üçün Arduino daxili çəkmə rezistorlarından istifadə edirlər. PCB -nin də Uno konfiqurasiyasında başlıqları var, buna görə mümkün genişləndirmələr üçün Arduino qalxanlarını əlavə edə bilərəm (indiyə qədər bunu etməmişəm).

Əvvəlcə çörək taxtamda hər şeyi sınadım və sonra zəhmli göründüyü üçün bu layihə üçün xüsusi bir PCB hazırladım və sifariş etdim! PCB -yə baxmaq istəmirsinizsə saatınızın arxasına da bağlaya bilərsiniz.

PCB üçün Gerber faylları sürücümdən yüklənə bilər, Instructables nədənsə onları yükləməyimə icazə vermir. Bu linkdən google sürücümə istifadə edin.

Addım 5: Arduino proqramlaşdırılması

Arduino üçün əsas kod çox sadədir. Arduino daxilində baş verənləri və Arduinonun digər qurğularla necə əlaqə qurduğunu göstərən bir sxem əlavə etdim. Kodlamanı asanlaşdırmaq üçün bir neçə kitabxanadan istifadə etdim.

• Accelstepper -> step motorunun addım ardıcıllığını idarə edir, müvafiq olaraq müəyyən bir sürətlə və ya müəyyən bir mövqedə hərəkət etməyinizə imkan verən Stepper.runSpeed () və ya Stepper.move () kimi intuitiv əmrlər verməyinizə imkan verir.
• Tel -> bu, RTClib istifadə edərkən belə i2c ünsiyyəti üçün lazımdır
• RTClib -> Arduino ilə RTC arasındakı əlaqəni idarə edir, cari vaxtı qaytaran rtc.now () kimi intuitiv əmrlər verməyinizə imkan verir.
• OneButton -> Düymə girişini idarə edir, basmaları algılar və sonra bir şey etmək üçün əvvəlcədən müəyyən edilmiş boşluğu işə salır. Tək, ikiqat və ya uzun basmaları aşkar edə bilir.

Bir saat üçün kod yazarkən, artan davamlı dəyişənlərin qarşısını almaq çox vacibdir. Arduino kodu 24/7 işləyəcəyi üçün bu dəyişənlər sürətlə böyüyəcək və nəticədə daşmağa səbəb olacaq. Məsələn, step motoruna heç vaxt müəyyən bir mövqeyə getmək əmri verilmir, çünki bu mövqe yalnız zamanla artacaq. Bunun əvəzinə, step motoruna müəyyən sayda addımları müəyyən bir istiqamətdə hərəkət etdirmək əmri verilir. Bu şəkildə zamanla artan bir mövqe dəyişən yoxdur.

RTC -ni ilk dəfə bağladığınız zaman çipin vaxtını təyin etməlisiniz, RTC vaxtını kompüter vaxtınızla bərabər təyin edə biləcəyiniz bir kod parçası var (kodu tərtib etdiyiniz vaxt). Diqqət yetirin ki, bu yazılmamış tərk edildikdə RTC vaxtı hər dəfə kodunuzu tərtib etdiyiniz vaxta qaytarılacaq. Buna görə şərh yazmayın, bir dəfə işlədin və sonra yenidən şərh edin.

Kodumu bu Təlimata əlavə etdim, hərtərəfli şərh etdim. Heç bir dəyişiklik etmədən yükləyə və ya yoxlaya və fikirlərinizə baxa bilərsiniz!

Addım 6: İlk dəfə Saat Tıqqıltı Səsindən zövq alın

Bütün elektronikanı bağladıqdan və kodu yüklədikdən sonra nəticə budur!

Bu saatın əsas dizaynı çox sadədir və bir çox fərqli forma və ölçüdə edilə bilər. Gəmidə bir Arduino olduğu üçün asanlıqla əlavə xüsusiyyətlər əlavə edə bilərsiniz. Zəngli saat quraraq saatı qəhvə maşınınızı müəyyən vaxtda yandırın, internet bağlantısı, dizaynınızı başqalarına göstərmək üçün mexaniki hərəkəti vurğulayan sərin demo rejimləri və daha çox!

Bu Təlimatlandırma müddətində fərq edə bildiyiniz kimi, bu Təlimat yazmaq naminə saatımı ayırmaq məcburiyyətində qaldım. Bu Təlimat üçün uğursuz olsa da, dizaynın uzun müddətdə çox yaxşı işlədiyinə zəmanət verə bilərəm, çünki bu saat 3 ildən çoxdur ki, qonaq otağımda heç bir problem olmadan uçur!

Bu təlimatı bəyənmisinizsə, şərhlərdə mənə bildirin, ilk dəfədir yazıram. Hər hansı bir məsləhətiniz və ya sualınız varsa, mənə bir mesaj göndərin. Ümid edirəm kiməsə bir gün yarı mexaniki saat qurmaq üçün ilham verdim!

Saat Yarışmasında Birinci Mükafat