Himmelska Mechanica serie: växellåda design och konstruktion (1 / 6 steg)

Steg 1: Helhetskoncept

Först när du gör något sånt här, finns det oändliga valmöjligheter och vägbeskrivning kan du gå. Hur har vi vill köra planeternas banor på denna pjäs? En motor för varje planet, eller en motor för alla? Hastigheter som styrs med utväxling, motor styrenheter eller båda? Andra sätt (hydrauliska motorer??) AC eller Dc motorer? Kedjor, kugghjul, bälten, friktion hjul?

Vi visste att vi ville att hastigheten på banor att stå i proportion till varandra. Merkurius år är bara 88 jorden dagar lång, medan Neptunes är 60190 jorden dagar lång! Så finns det ett stort utbud av hastigheter som handlade (ledsen barn, ingen Pluto här!). Dessutom arm Neptunus är 20 fot lång och med planeten på slutet, vridmomentet från ännu en ganska mild vind skulle vara betydande. Vi ville också datorstyrning av planet hastigheter, så att vi kunde ringa in planetariska väglinjer för specifika datum som människors födelsedagar.

Vi var på en ganska liten budget för sådan komplex bit. Den första tanken var separat DC motorer för varje planet. Tidigare har jag använt DC 1/6-1/4hp borstad växelmotorer för konstverk. Motorerna sig är ganska trevligt, väl förseglade, pålitlig, lätt att montera, minskat ner till en fin fart redan. De springa omkring $500 ea, som blir ganska dyr redan för 8 planeter (eller bara 4 stora planeter). Men de registeransvariga (som kosta ytterligare $100 eller så) är hemskt. De blåser om du tror även om att titta på dem fel. De kastar ut så mycket elektriska störningar som fryser upp micros (även Arduinos, som är ganska tuffa små killarna!) som finns var som helst inom ett par fötter. Efter att ha använt 6 av dem på en annan Playa project (Helyx), jag lovade att aldrig använda dem igen.

För DC-motorer gick priset bara upp därifrån om vi ville icke-hemsk styrenheter. AC-motorer i en hastighet-kontrollerbara smak är inte bättre. Så det verkade som separat, inte hastighet-kontrollerbara motorer för varje planet var verkligen praktiskt för vår budget.

Jag började tänka på sätt att driva planeterna från en, stor, AC-motor körs med konstant hastighet. Stora AC-motorer är ganska billigt från överskott återförsäljare, den som vi slutade använda kostnaden omkring $200. En tanke var att använda hydrauliska motorer körs bort av en pump som drivs av de viktigaste motor-där är några billiga hydrauliska komponenter vid överskott återförsäljare också. Men hydraulik skulle vara stökigt, svårt att exakt kontrollera utan dyr utjämningsventiler, och jag kunde inte hitta komponenter som matchas upp på ett sätt (med övervägande varvtal, vridmoment, hydrauliska trycket och hydraulflöde) som verkade fungera.

Visionen om pjäsen var också något mycket mekanisk, taktil, mörker-crystalley, och intrikat. Så som drog mig mer mot en mekanisk sak köra alla planeterna. Jag var också i Europa för sommaren utforma systemet att driva lappa medan resten av laget var bygga lappa i San Francisco. Så verkade en sak som var en enhet som lätt bara kan ansluta till resten av skulpturen att köra det verkligen lockande. Jag började tänka på urverk och ålar mekanismer och olika sätt att styra hastigheten med dem. Jag dock om olika sätt som vi kunde kontrollera hastighet genom aktivering av en magnetventil för att ansluta eller koppla från makten till en planet ett steg i taget, på samma sätt som en gammal mekanisk klocka rör sig i ett antal diskreta steg.

Kontrollera hastigheten genom att frigöra enheten kraft och låta saker sakta ner en liten bit i taget verkade det mest praktiska sättet framåt-vridmomentet skulle vara betydande och motorn skulle vara igång vid en konstant hastighet, så det verkar lättare att låta vridmoment glida lite i taget än att ha några mekanism för att lägga till vridmoment lite i taget. Jag slutade gå med en planetarisk drevsatser, där buren som håller redskap som planet skulle hållas fast av en magnetventil-manövrerad broms, ring växeln skulle drivas av motorn och solhjulet skulle köra planeten. Det skulle vara 8 av dessa i en kedja, hastigheten på varje steg i kedjan som från den föregående genom enheten utväxlingsförhållanden. På detta sätt kunde vi få det breda utbudet av hastigheter måste vi utan hoppet i utväxling är för stor på någon enda punkt.

Hastigheten på varje planet skulle kontrolleras av bromsen på buren för varje planetväxel. För planeten att gå full fart, skulle bromsen tillämpas fullt ut, som skulle överföra all makt till planeten. För att bromsa planeten, bromsen skulle släppa och friktion skulle bromsa bana. En bra illustration av principen är i första videon. Det skulle vara en mikrokontroller ständigt tillämpning och släppa bromsen för att uppnå önskad hastighet-it skulle vara ett slags riktigt långsam, mekaniska pulse bredd modulering. Mikro skulle också känna om vinden var fortkörning upp planeten när bromsen släpptes istället för att sakta ner, kompensera för detta, och använda det för att hålla reda på den rådande vindriktningen. Det var åtminstone tanken.

Hela skulle byggas med redskap som vi skulle klippa oss ur 1/4" stål på en CNC plasma cutter. (Vi gjorde några test redskap innan han gick över vägen, och de var lovande).