Hur man bygger din allt riktigt riktigt snabbt (15 / 19 steg)

Steg 15: Bifoga till roterande delar: Live axlar med ställskruvar och klämma leder

För små enheter (som robotar omkring 1 pund) är ställskruvar oftast den accepterade metoden eftersom moment inblandade är så liten och borr & kranar är billig på det litet storleksanpassar. Metriska och tum delar är ofta utbytbara eftersom små borrhål kan vara fifflat med enkelt med hjälp av dessa övningar.

Och för större enheter, industriella standarder finns som axel och kilspår storlekar, och ganska mycket och redskap, kedjekransar eller axel koppel kan du köpa kommer att ha en standard kilspår inredda. Detta är riket av skottkärra hjul, stålramar och gjutjärn kudde block.

Så det finns 2 riken "lätt", men för delarna i mitten, livet kan vara svårt. Till exempel 12mm är en gemensam metriska bore storlek, men det är inte alls nära 1/2", och många produkter som 1/2" och mindre borrhål är inredda "plain", med ingen infästning funktioner alls. Du kunde gå all-tums eller all-metriska, men kanske den exakta storleken på widget behövs för att utföra din design är bara tillgänglig i andra system. Har du att koka upp en egen lösning.

Kilspår och Splines

I branschen finns det två dominerande metoder för att fästa saker till schakt - kilspår och spline. Splines ge bästa kontaktyta och därmed styrka, men svåra att bifoga något till om inte producerade exakt för det. Kilspår är väsentligen lättare för företagsamma amatör att generera - kilspår brotschar är inte att dyra eller du kan använda en Dremel verktyg med båten full av tålamod och en slipskiva. Eller kreativt göra din egen enda punkt ta upp.

Roymech, min gå-till för tekniska råd, har en hel avdelning på axeln design med vissa ordförråd på botten som är till hjälp att utforska på egen tid att förstå alla olika taktik gemensamt användning...

Detta avsnitt kommer att i stället fokusera på några smutsiga tricks rimliga lösningar om din enhet inte kan använda en knappat axel (som att vara en udda storlek eller saknar tillgång till utrustning för att göra kilspår).

Fastlåsning

En klassisk enkel lösning är att borra rakt igenom axeln och pund i en rulle pin eller Dymling pin. Jag har historiskt sett inte varit ett fan av denna lösning på grund av sin orörlighet (del kan inte justeras, alls) och lägga en betydande stress riser till axeln i form av ett genomgående hål. Min erfarenhet och bild posten är därför mycket begränsad i denna metod, och jag kommer därför inte att diskutera det på djupet här (donationer av bilder är välkomna!)

Ställskruven suga inte, använder ingen dem rätt

En ofta hört aforism civilingenjör är "ställskruvar suck". Den klassiska fel läget för en ställskruv är skruven gräva en enorm cirkulär skölp runt din axel och den resulterande ringen av material garanterar att ingenting kan någonsin tas bort igen. Det finns två särskilda problem med ställskruvar vilket gör dem svåra att använda.

Ställskruvar måste vara enorm tåla vridmoment

Ett problem inför de flesta industriella komponenter som remmar och remhjul är mycket undermålig ställskruvar, som används direkt av de flesta utan extra fastsättning metoder. Justeringsskruvarna görs med flit mycket litet eftersom det antas att de kan hantera mycket lite vridmoment ändå. Men små ställskruvar koncentrera stress mycket mer än större, och detta kan göra problemet värre mejsling och inbäddning. Se bild 2 till 4 för en förklaring med hjälp av datorsimuleringar.

Jag utarbetat en typisk rund sak med en skruv och en axel som att para det. Två ställskruvar modeller användes - en typisk liten ställskruv finns på en del att storleken (#6 på en 3/8" uttråkad delvis), och en mycket större #10 skruv med 50% mer diameter som jag ofta skulle borra ut och tråd själv. En 20 lbforce-belastning tillämpades på axeln med komponenten fast på plats (simulering kör axeln med en motor) och den resulterande påfrestningar på delen visualiseras.

Simuleringarna visar tydligt mycket högre kontakt betonar med mindre ställskruven för den samma lasten. Detta kan lätt orsaka lokala deformering av materialet under ställskruven, orsakar gemensamt att lossna (förlorar sin preload). Sedan, fram och tillbaka cykliska lastning och lossning gör bara denna mejseln sämre, vilket gör att urarta ännu mer med tiden!

Varför har jag simulerade ställskruven med en platta på axeln? Det beror på...

Ställskruvar måste användas med lägenheter eller gropar

En ställskruv trycka mot en rund axel faktiskt har mycket begränsad kraftöverföring potentiella. En vanlig taktik är att slipa eller mal en platt (kallas även en spärr) på axeln av en bredd minst ställskruvens kontakt diameter. Alternativt kan en grop borras in i axeln för att använda ställskruven delvis som en pinne, i skjuvning. Denna metod är inte justerbar längs axeln (som kan vara bra, beroende på program), och en liten skruv blir återigen en mycket dålig stift.

Spetsen på en genomsnittlig ställskruven är mycket mindre än kroppen tråden - typiskt, det är "cup" eller "punkt" formade, som är tänkt att göra det möjligt att gräva starkt i en axel. Problemet är, när det slip eftersom det fortfarande förlitar sig på ytbehandlar deformeringar av skaftet, det oundvikligen kommer trycka ut upp axeln. Ett sätt jag har använt för att komma runt detta är att slipa poängen med skruven helt platt, så att det är nästan lika stor diameter som tråden. Fine-gängade ställskruvar kan närma sig den yttre diametern mer (bild 5). Ett säkert ställskruven anfall skulle strama åt detta flatted tips mot flatted portion av axeln.

Den mer skruv kontakt diametern närma sig bredden på lägenheten, den mer hela installationen approximerar en D-axel (bild 6), en annan form används ofta inom industrin som är tillförlitlig. (Visste du att "1994 och nyare Mustang" är en axel form?)

Bild 7 är en bild av en av de stora justeringsskruvarna används i min 30lb bekämpa robot Uberclocker huvudsakliga lyftande arm setup. Bilderna 8 och 10 visar mer jätte-set-skruv skapelser till mig.

Observera att ställskruvar används inom industrin, men bara väldigt konservativt på grund av deras mindre förutsägbar bära egenskaper än nycklar och splines. En bra artikel som har några tumregler för industriella ställskruven användning i maskiner är här.

Vanliga skruv-koppling produkter

Lyckligtvis lever vi i en ålder av maker-gott. För några år sedan jag skulle ha haft att utforma ett anpassat stoppskruv hub lösning för många av mina mindre robotar, men dessa dagar ställskruven hubbar kan köpas fritt från lik av Pololu och Servocity (som verkar ha en hela snabb byggnaden system tillgängliga), bland andra. Dessa sannolikt mest användbara för din genomsnittliga sumo-bot, design contest bot, 3D-skrivare eller bouncy hexapod. Eller en mycket bizzare Arduino fallet.

För större system, dock sådana lösningar ännu inte är fritt tillgängliga, och på grund av tillgängligheten av industriellt driva produkter, inte är berättigad med undantag för anpassade lösningar.

Clamp hubbar och axel krage

Om punkt-krafter och fokuserad betonar inte är din grej, är en annan metod att använda en cirkulär clamp typen bifogad fil. Jag har historiskt använt denna mest till par axlar av olika diametrar tillsammans, men det kan också användas för gears, remskivor, etc. med slit tråkmånsar som kan pressas. I själva verket är en mycket populär precision power transmission komponent hub stil "clamp hub".

En av mina favorit senaste utveckling är fäste axel krage. Ett exempel är i bild 13. Detta är bokstavligen axel krage som har gängade hål i en cirkel. Jag har använt dessa utförligt för att anpassa större kopplingar som Chibikart styrning koppling till axlar, och jag är glad att de finns.

De finns tyvärr bara i "stora", vilket betyder 1/2" och upp. Verkliga flänstyp är också mycket dyrt - en billigare typ är "möta mount" typ,, som är lite suboptimal i form av hål placering men fortfarande användbar. Hålet är en #10 Uppborr, men med en 1/4"-20 tråd. Det resonemang som du kan använda den som en #10 hålmontering (trådar i din del) och har en flush ansikte med en standard socket huvudskruv, eller använda 1/4"-20 trådar istället.

På dessa är det viktigt att skärpa den flänsen hål efter åtdragning kragen, eftersom annars friktion av fläns hålen skulle hindra kragen från skärpning ordentligt. Fläns hålen i din del skulle också behöva vara en lös oversize passar för den lilla mängden radiala rörelsen hålen kommer att gå igenom när kragen är åtdragen. "Verkliga flänsen" undviker dessa problem genom att ha den fastspänning del separat från montering cirkeln.

Du kan skapa ditt eget ansikte mount stil halsband från billig en - och två - piece fastspänning axel krage genom att borra in i sidorna, att få udda eller metriska storlekar.

Här funkiga axel krage finns tillgängliga på McMaster, tillsammans med tiotals andra typer av axel krage. Vara uppfinningsrika!

För dina mindre redskap, ServoCity har många clamp typ nav och halsband också.