Tämä kirjoitus on jatkoa Ilmahirviradan rakentelua osa 1:lle...
...ja edeltää kirjoitusta Ilmahirviradan rakentelua osa 3.
Kehittelin moottorinohjaimelle ensin Arduino-ohjelman, aivan yksinkertaisen sellaisen, joka vain liikuttaa moottoria kahteen suuntaan. Ensimmäisen ohjelman avulla testasin pienen DC-moottorin toimivuutta, sillä en aluksi halunnut kytkeä suurempaa moottoria ohjaimen kuormaksi.
Pari kertaa sainkin N-mosfetin palamaan H-sillan toisesta puolikkaasta ja ihmettelin, miksi kytkentäni polttaa FETtejä. Syyksi selvisi pian ohjelmointivirhe, joka asetti H-sillan toisen puolen oikosulkuun polttaen alemman N-mosfetin.
Kun sain ohjelmaan tehtyä ensimmäiset toimivat moottoriohjaimet, kytkin suuremman moottorin "linjoille" ja aloitin testailemaan kuinka nopeasti lähetetty moottori pystyisi rataa liikuttamaan.
Kiinnitin moottorin hammaspyörälle narun ja kiinnitin toisen pään sileään tankoon minkä ympäri sidottu naru pyörähtää. Tein naruun merkinnän tussilla ja asetin rullamitan narun viereen, mistä pyrin silmämääräisesti arvioimaan kuinka nopeasti naru liikkuu. Tällä tavalla sain todettua, että naru liikkuu aivan liian hitaasti mitä vaatimusmäärittelyssä oli. Tästä syystä jouduin kasvattamaan hammaspyörän kokoa kaksinkertaiseksi narun nopeuden lisäämiseksi. Hammashihnan mallinnuksessa meni noin tunti ja tulostamisessa muistaakseni parisen tuntia.
Uuden hammaspyörän testaus
Uutta hammaspyörää testailin sitten seuraavaksi niin, että kiinnitin alkuperäisen rullan punttipenkin kallistettavaan selkänojaan ja asetin hammashihnan kulkemaan tulostetun ja alkuperäisen rullan välillä:
Hihnaa ei saanut tällä tavalla kovin kireälle, koska kiristettäessä hihnaa, sen paino ja kiristyksen jännitys meinasi vetää moottorin pöydältä lattialle. Kiinnitin moottorin kuitenkin väliaikaisesti pöytään kiinni puristimilla, että sain hihnaa moottorinohjaimen avulla liikuteltua ja testattua tulostetun rullan toimivuutta. Kaikki näytti pelaavan kohtuullisen hyvin, joten jatkoin radan rakentamista kiinnittämällä moottorin kulmarautojen avulla noin 40x18 cm kokoiseen puulevyyn kiinni.
Ilmahirviradan toisen pään kiinnikkeet
Toisen pään kiinnikkeet syntyivät 3D-malleiksi nopeasti rullamitan ja silmämääräisen tarkastelun avulla. Tarkoituksena oli kiinnittää alkuperäinen metallinen hammasrulla tankojen avulla radan toiseen päähän sen vuoksi, että radassa saisi taulun jollakin konstilla liikkumaan edes takas. Pelkän hammashihnan varassa taulu ei voi roikkua.
Koska käytössäni on 2 3D-tulostinta, niin laitoin molemmat tulostamaan samaa hammaspyörän kiinnikettä PLA-muovilla:
Kiinnikkeiden tulostuttua, sahasin M8-kierretangosta pienen pätkän rullan akseliksi ja kiinnitin rullan paikoilleen:
Kiinnitin Wurthin Varifix 26/18 C-kiskoon radan toisen pään, ja toiseen päähän rakentelin kulmarautojen yms. avulla hammasketjun kiristimen.
Kiristimen toimintaperiaate
Kiristin toimii yksinkertaisella tavalla. Kulmaraudat pitävät kiskoa suurinpiirtein suorassa "menosuuntaan" ja prikoilla, muttereilla sekä M8-kierretangolla on saatu aikaiseksi kiristyksen toimintamekanismi.
Kun hammashihnaa halutaan kiristää, niin vihreällä nuolella olevaa mutteria avaamalla (vastapäivään siis) saadaan kisko liikkumaan pois päin moottorista. Kisko liikkuu, koska punaisen nuolen alussa oleva neliön mallinen aluslaatta pyrkii kulkemaan kiristysmutterin edellä (muutakaan kulkusuuntaa sillä ei ole). Näin ollen vastakkainen voima, joka johtuu mutterin pyörityksestä, kulkeutuu vaaleanpunaisen nuolen osoittamaan suuntaan. Kisko voi liikkua ainoastaan pois päin moottorista, koska M8-kierretanko on puolestaan alkupäästä pultattu vaaleanpunaisen nuolen osoittamaan kohtaan ja siinä kiinni oleva porrasta muistuttava metallinpala on ruuvattu alustaan kiinni.
Ilmahirviradan taulun kuljetinkisko ja rajakytkimet
Seuraavaksi piti kiinnittää kisko, mitä pitkin ammuttava taulu kulkee. Tämä tapahtui alla olevan kuvan mukaisella tavalla hyllynkannattimen avulla:
Toiseen päähän jouduin 3D-mallintamaan ja 3D-tulostamaan uuden L-mallisen kiinnikkeen kiskolle, koska hyllynkannatin oli viimeinen varastoistani löytynyt.
Rata tarvitsee tietenkin myös rajakytkimet, joiden avulla ohjelma tietää, että suuntaa pitää vaihtaa ja moottori pysäyttää. Tätä varten piti myös suunnitella ja tulostaa rajakytkinten pidikkeet:
Ilmahirviradan taulukuljetin eli "kelkka"
Rata tarvitsee myös "kelkan" mihin ammuttava taulu tulee kiinni ja mitä hammashihna kuljettaa rataa pitkin. Suunnittelin kelkasta ensimmäisen version ja siitä tuli alla olevien kuvan mukainen.
Kelkan tarkoituksena on kulkea renkaiden osalta C-kiskon sisällä, jolloin kelkka täytyy asentaa irtonaiseen kiskoon. Suunnittelin kelkkaan irroitettavan yläosan sekä päätyosat, jos niihin osuu ja ne hajoavat niin koko rataa ei tarvitse purkaa sen takia.
Tulostelin kappaleet ja rakensin kelkan läjään ja koitin sitä kiskoon paikalleen:
Kokeilin myös kuinka rajakytkimet toimisivat kelkan kanssa ja ainakin aluksi vaikutti ihan hyvältä:
Tässä vaiheessa rata näytti tältä:
Lopuksi kiinnitin hihnan kelkkaan ja kokeilin miltä rakennelma vaikuttaa:
Ongelma taulukelkassa...
Tässä vaiheessa kuitenkin kelkan rakenteesta alkaa paljastua heikkouksia sekä suoranaisia suunnitteluvirheitä. Koska hammashihna on aika painava, niin kevyt kelkka kallistuu hammashihnan mukana rajusti taaksepäin. Alla oleva kuva hieman havainnollistaa ongelmaa, mutta käytännössä taulu olisi ollut n. 45 asteen kulmassa ampujaa kohti. Tämä ei ole millään tavalla hyväksyttävissä oleva asia.
...uusi suunnitelma ja uuden kelkan rakennus
Ensimmäinen versio taulukelkasta meni em. ongelman vuoksi nyt hylkyyn. Pohdiskelin hieman asiaa ja päädyin siihen, että teen seuraavaksi ihan oikeilla laakereilla kulkevan kelkan. Muutaman tunnin suunnittelun jälkeen taulukelkasta alkoi muodostua alla olevan kuvan mukainen laite:
Kelkassa on yhteensä 4 eri osaa, mitkä piti tulostaa. 3D-tulostuksiin meni aikaa noin 8h minkä jälkeen kelkkaa sai alkaa kasailemaan. Kelkan toimintaperiaate muuttui niin, että nyt kelkan osat eivät enää kuljekaan C-kiskon sisällä. C-kiskoa käännettiin 180 astetta ja kelkan mekaniikkaan varattiin paikat kahdelle yläpuoliselle laakerille myös.
Seuraavasta versiosta tuli alla olevien kuvan mukainen:
Vertailu aiemman kelkan kanssa kertoo enemmän kuin sanat tässä kohtaa:
Kelkan erilainen toimintaperiaate aiheutti nyt kuitenkin myös sen, että rajakytkimet eivät voi entiseen tapaan toimia, mitä demonstroidaan alla olevassa kuvassa:
Tämän ongelman ratkaisemiseksi rajakytkinten pidikkeet suunniteltiin uusiksi ja asennettiin C-kiskon päälle:
Taulukelkan versio 3
Taulukelkan mallia piti nyt hieman muokata, että rajakytkimet aktivoituvat kun ne asennetaan C-kiskon päälle:
Aiempaan toiseen versioon verrattuna malli on muuten sama, mutta kelkan päädyissä olevat puolikkaat pyramidit on suunniteltu ottamaan kiinni rajakytkimiin radan päädyissä. Koska päätykappaleet ovat irtonaisia, niin ne voidaan nopeasti tulostaa uuteen kelkan versioon.
Tähän pisteeseen mennessä radan aktiiviseen rakentamiseen, 3D-printtaukseen, elektroniikan tekoon sekä ylipäätään suunnitteluun on jo kulunut noin 60 työtuntia. Tässä vaiheessa lopetan kirjoittelun tähän paikkaan ja jatketaan loppuun osassa 3.