นาฬิกาเชิงเส้น (MVMT 113): 13 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-13 06:58

โครงการฟิวชั่น 360 »

ไม่ว่าดีพัค โชปราจะบอกคุณอย่างไร เวลาก็เป็นเส้นตรง หวังว่านาฬิกาเรือนนี้จะใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่านาฬิกาทรงกลมที่เราทุกคนคุ้นเคย ช่วงเวลาห้านาทีจะทำให้รู้สึกประสาทน้อยลงกว่าความแม่นยำในนาทีนั้น และแต่ละตัวเลขก็ขยายใหญ่ขึ้น เตือนให้คุณจดจ่ออยู่กับปัจจุบัน

ฉันสร้างสิ่งนี้โดยใช้เครื่องจักรแทบทุกเครื่องที่ Pier 9 (วอเตอร์เจ็ท เครื่องพ่นทราย เครื่องตัดเลเซอร์ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ) มันทำจากอลูมิเนียม 6061, ฮาร์ดแวร์เหล็ก (สกรู, น็อต, แบริ่ง), เกียร์พิมพ์ 3 มิติ, Arduino Uno และแผงชั่วโมงและนาทีเป็นไม้อัดตัดด้วยเลเซอร์ / แกะสลัก

แน่นอน ฉันรู้ว่าโครงการนี้ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับทุกคนที่ไม่มีโชคอย่างยิ่งที่จะได้เข้าถึงร้านค้าแบบนี้ แต่หวังว่าคุณจะพบว่ามันเป็นแรงบันดาลใจ

Fusion 360 เป็นบริการฟรีสำหรับนักเรียนและนักเล่นอดิเรก และยังมีการสนับสนุนด้านการศึกษาอีกมากมาย หากคุณต้องการเรียนรู้การสร้างแบบจำลอง 3 มิติในแบบที่ฉันทำ ฉันคิดว่านี่เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในตลาด คลิกลิงก์ด้านล่างเพื่อลงทะเบียน:

นักศึกษา/นักการศึกษา

งานอดิเรก/สตาร์ทอัพ

ฉันยังเป็นผู้นำชุดคลาสการสัมมนาทางเว็บที่เกี่ยวข้องกับโครงการสร้างแบบจำลอง 3 มิติพร้อมชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ในการสัมมนาผ่านเว็บเหล่านี้ คุณจะได้เรียนรู้คุณลักษณะต่างๆ ของ Fusion 360 เช่น ส่วนประกอบทางกลขั้นสูง (หมายถึงการโต้ตอบของข้อต่อตั้งแต่สองข้อขึ้นไป) และการเรนเดอร์ การสัมมนาผ่านเว็บครั้งล่าสุดมุ่งเน้นไปที่การสร้างแบบจำลองการออกแบบนาฬิกานี้ใน Fusion 360 คุณสามารถชมวิดีโอทั้งหมดได้ที่นี่:

หากคุณสนใจ ลองดูการสัมมนาผ่านเว็บอีกสองรายการในซีรีส์นี้ ซึ่งคุณจะได้เรียนรู้การออกแบบโคมไฟลูกบิดยักษ์และนาฬิกาถาวรกับ Arduino

ขั้นตอนที่ 1: 507 การเคลื่อนไหวทางกล

507 Mechanical Movements เป็นสารานุกรมของกลไกทั่วไปจากปี 1860 ซึ่งใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่ดีสำหรับสิ่งนี้ กลไกนี้มีพื้นฐานมาจาก Movement 113 "Rack and Pinion" นี่เป็นโครงการที่ยาวนาน ดังนั้นหากคุณมีกลไกเฉพาะที่คุณต้องการให้ฉันทำ โปรดส่งคำขอในความคิดเห็นได้เลย!

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบ & โมเดล 3 มิติ

วิดีโอด้านบนเป็นการบันทึกวิดีโอของการสัมมนาผ่านเว็บที่ฉันทำสำหรับส่วนการออกแบบแร็คแอนด์พิเนียนของโปรเจ็กต์

ส่วนที่ยากที่สุดของการออกแบบคือการประกอบแร็คแอนด์พิเนียน คณิตศาสตร์สำหรับการออกแบบเฟืองนั้นค่อนข้างซับซ้อน (อันที่จริงแล้วมีวิศวกรที่ออกแบบเฉพาะชุดเกียร์ด้วยเหตุผลนี้เอง) แต่จากบทช่วยสอน Youtube ที่ยอดเยี่ยมของ Rob Duarte ฉันได้สร้างเทมเพลตของตัวเองที่ใช้งานได้กับเวอร์ชันล่าสุด ของส่วนเสริม Spur Gear สำหรับ Fusion

วิดีโอด้านบนจะแนะนำคุณเกี่ยวกับกระบวนการประกอบแร็คแอนด์พิเนียน แต่ถ้าคุณต้องการบทแนะนำที่ละเอียดกว่านี้ โปรดเข้าร่วมการสัมมนาผ่านเว็บ Design Now Hour Of Making in Motion กับฉันในวันที่ 5 เมษายน หากคุณพลาดการสัมมนาผ่านเว็บ จะถูกบันทึกไว้และฉันจะโพสต์วิดีโอที่นี่

เทมเพลต (ลิงก์ด้านล่าง) มีพารามิเตอร์ทั้งหมดที่แสดงด้านบนที่ป้อนไว้แล้ว ฉันจะไม่เข้าเรื่องคณิตศาสตร์ที่นี่ แต่ถ้าคุณทำตามคำแนะนำ มันน่าจะใช้ได้ผลสำหรับคุณ

ใช้ Add-in ของ Spur Gear โดยไปที่ ADD-INS > Scripts and Add-Ins… > Spur Gear > Run เมื่อคุณได้รับหน้าต่างที่แสดงด้านบน ให้ป้อนพารามิเตอร์ Number of Teeth ไม่อนุญาตให้คุณใช้พารามิเตอร์สำหรับค่าดังกล่าว ดังนั้นโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าตรงกับค่า teethNum หากคุณเปลี่ยน คุณต้องคูณพารามิเตอร์ที่มีชื่อด้วย 1 ดังที่แสดงด้านบน

โปรดทราบว่าเมื่อสร้างเฟืองแล้ว คุณสามารถแก้ไขได้เหมือนกับวัตถุอื่นๆ ใน Fusion

ดังที่แสดงในวิดีโอสาธิต นี่เป็นตัวอย่างวิธีสร้างโปรไฟล์ฟันโดยใช้พารามิเตอร์

นี่คือลิงก์ไปยังเทมเพลตที่คุณสามารถใช้เพื่อสร้างแร็คแอนด์พิเนียนของคุณเองใน Fusion:

เทมเพลตที่มีพารามิเตอร์:https://a360.co/2oeT5El

หลังจากคิดหาเฟืองแร็คแอนด์พิเนียนแล้ว ฉันใช้เวลามากมายในการสร้างแบบจำลองมอเตอร์ สวิตช์ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ จากนั้นจึงหารายละเอียดทั้งหมด ด้วยลิงก์การเคลื่อนไหวที่อธิบายข้างต้น ฉันสามารถได้ภาพที่ดีว่าภาพนั้นจะมีลักษณะเป็นอย่างไรขณะเคลื่อนไหว

คุณสามารถเข้าถึงไฟล์ผ่านลิงก์ด้านล่าง และลองเล่นดู หรือแม้แต่พยายามสร้างเวอร์ชันของคุณเองจากไฟล์ หลังจากทำชิ้นส่วนแล้ว มีการซ่อมและดัดแปลงเล็กน้อย ดังนั้นอย่าคาดหวังว่าจะสามารถตัดชิ้นส่วนทั้งหมดด้วยเลเซอร์ได้และมีผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป โครงการนี้มีราคาแพงและใช้เวลานานมาก! หากคุณจริงจังกับการสร้างมันขึ้นมาและต้องการความช่วยเหลือ เพียงแสดงความคิดเห็นด้านล่างและเราจะพยายามอย่างเต็มที่เพื่อให้คุณดำเนินการต่อไป

ออกแบบนาฬิกาเสร็จแล้ว:

หากคุณยังไม่ได้เป็นผู้ใช้ Fusion 360 ให้ลงชื่อสมัครใช้ 3D Printing Class ฟรี เป็นหลักสูตรเร่งรัดสำหรับการสร้าง Fusion และบทที่ 2 มีข้อมูลทั้งหมดที่คุณต้องการเพื่อรับ Fusion ฟรี

ขั้นตอนที่ 3: อัปเดต 12/1/2020

หลังจากสร้างต้นแบบชิ้นแรกแล้ว ฉันก็เริ่มต้นใหม่ด้วยการปรับปรุงการออกแบบบางอย่าง หนึ่งในเพื่อนร่วมงานของฉันจากทีม Electronics ได้ออกแบบวงจรแบบกำหนดเองเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ และมีเซ็นเซอร์แม่เหล็กที่ช่วยตรวจจับตำแหน่ง

ส่วนประกอบทั้งหมดในรุ่นมีหมายเลขชิ้นส่วน ส่วนใหญ่มาจาก McMaster Carr หรือ DigiKey นี่เป็นการออกแบบที่ดีกว่ามากเพราะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องชั้นวางจากน้ำหนักของรางเมื่อยืดออกจนสุด และเนื่องจากดัชนีเซ็นเซอร์แม่เหล็กช่วยให้มั่นใจถึงตำแหน่งที่เหมาะสมทุกครั้งที่มอเตอร์เคลื่อนที่

การประกอบ Fusion 360 ที่สมบูรณ์:

ขั้นตอนที่ 4: ฮาร์ดแวร์

• แผง: อลูมิเนียม 6061 หนา 6 มม. (น่าจะใช้ไม้อัดได้เช่นกัน)
• แผงหมายเลข: ไม้อัด 3 มม.
• Arduino Uno:
• อดาฟรุ๊ต มอเตอร์ ชิลด์:
• 5V Stepper Motors: https://www.adafruit.com/products/858 (ฉันขอแนะนำให้ใช้มอเตอร์ 12V แทน)
• ลิมิตสวิตช์ (4):
• สวิตช์ชั่วขณะ (2):

ขั้นตอนที่ 5: อิเล็กทรอนิกส์และการเขียนโปรแกรม

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดทำด้วย Arduino Uno และ Adafruit Motor Shield

นี่คือแนวคิดพื้นฐานของวิธีที่ฉันต้องการให้มันทำงาน:

1. เมื่อเปิดเครื่อง สเต็ปเปอร์จะรันชั้นวางกลับจนกว่าลิมิตสวิตช์ทางด้านซ้ายจะถูกทริกเกอร์ สิ่งนี้กำหนดตำแหน่งเป็นศูนย์ จากนั้นสเต็ปเปอร์จะวิ่งชั้นวางไปข้างหน้าจนกระทั่ง 1 อยู่กึ่งกลางบนแผงชั่วโมง และ 00 อยู่กึ่งกลางบนแผงนาที
2. เมื่อชั่วโมงและนาทีอยู่ตรงกลาง ชั้นวางจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าทันเวลา ตำแหน่งเต็มจะเคลื่อนที่ที่ด้านล่างด้วยความเร็วเต็มที่ทุกๆ 5 นาที และตำแหน่งเต็มจะเคลื่อนที่ที่ด้านบนทุกชั่วโมง
3. สวิตช์ชั่วขณะ (หมุด 6-7) เพื่อเลื่อนชั้นวางไปข้างหน้าหนึ่งตำแหน่ง (ประมาณ 147 ขั้น) จากนั้นดำเนินการนับนาฬิกาต่อไป
4. การเคลื่อนไหวชั่วโมงและนาทีมีตัวนับที่ส่งแท่งกลับไปที่ลิมิตสวิตช์ด้านซ้ายและรีเซ็ตเป็นศูนย์เมื่อผ่านไป 12 ชั่วโมงและนาทีผ่านไป 55

ฉันยังไม่ชัดเจนในสิ่งที่ฉันต้องทำกับรหัส ฉันทำให้มันใช้งานได้ในทางทฤษฎีด้วยโค้ดด้านล่างที่ได้รับจาก Randofo รหัสนี้จะย้ายแถบนาทีไปข้างหน้าหนึ่งก้าวทุกๆ 200 มิลลิวินาที (ฉันคิดว่า) เมื่อสวิตช์จำกัดตัวใดตัวหนึ่งถูกทริกเกอร์ มันใช้งานได้ แต่ฉันค่อนข้างเร็วจากความลึกของฉันผ่านงานพื้นฐานที่ฉันทำที่นี่ ดูเหมือนปัญหาง่ายๆ สำหรับผู้ใช้ Arduino ที่เชี่ยวชาญ แต่ฉันจะทำโปรเจ็กต์แค่หนึ่งครั้งต่อปีเท่านั้น และทุกครั้งที่ทำ ฉันลืมทุกอย่างที่ได้เรียนรู้จากโปรเจ็กต์ที่แล้ว

/*************************************************************

การสาธิต Motor Shield Stepper โดย Randy Sarafan

ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่:

www.instructables.com/id/Arduino-Motor-Shi…

*************************************************************/

#include #include #include "utility/Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

// สร้างวัตถุป้องกันมอเตอร์ด้วยที่อยู่ I2C เริ่มต้น

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (); // หรือสร้างด้วยที่อยู่ I2C อื่น (พูดสำหรับการซ้อน) // Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield(0x61);

// ต่อสเต็ปเปอร์มอเตอร์ 200 สเต็ปต่อรอบ (1.8 องศา)

// ไปยังพอร์ตมอเตอร์ #2 (M3 และ M4) Adafruit_StepperMotor *myMotor1 = AFMS.getStepper(300, 1); Adafruit_StepperMotor *myMotor2 = AFMS.getStepper(300, 2);

ความล่าช้า int = 7;

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {

//เริ่มการเชื่อมต่อแบบอนุกรม Serial.begin(9600); //กำหนดค่า pin2 เป็นอินพุตและเปิดใช้งาน pinMode ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นภายใน (2, INPUT_PULLUP);

// Serial.begin(9600); // ตั้งค่า Serial library ที่ 9600 bps

Serial.println("การทดสอบขั้นบันได!");

AFMS.begin(); // สร้างด้วยความถี่เริ่มต้น 1.6KHz

//AFMS.begin(1000); // หรือด้วยความถี่อื่น ให้พูดว่า 1KHz myMotor1->setSpeed(100); // 10 รอบต่อนาที }

วงเป็นโมฆะ (){

//อ่านค่าปุ่มกดลงในตัวแปร int sensorVal = digitalRead(2); sensorVal == ต่ำ; int ล่าช้าL = 200; ถ้า (sensorVal == ต่ำ) { Serial.println ("นาที ++"); //myMotor1->ขั้นตอน (1640, ย้อนกลับ, สองเท่า); สำหรับ (int i=0; i step(147, BACKWARD, DOUBLE); //analogWrite(PWMpin, i); delay(delayL); } Serial.println("Hours ++"); myMotor1->step(1615, ไปข้างหน้าสองเท่า);

//myMotor2->ขั้นตอน (1600, ย้อนกลับ, สองเท่า);

myMotor2->step (220, ไปข้างหน้า, สองเท่า); //ดีเลย์(delayL); } อื่น {

//Serial.println("ขั้นตอนขดลวดคู่");

myMotor1->ขั้นตอน (0, ไปข้างหน้า, สองเท่า); myMotor1->ขั้นตอน (0, ย้อนกลับ, สองเท่า); } }

ขั้นตอนที่ 6: ประกอบฐาน

ฐานทำจากแผ่นสองแผ่นโดยมีตัวเว้นวรรคยึดไว้ด้วยกัน สกรูยึดกับจานผ่านรูเกลียว ชิ้นส่วนหมายเลข 6 ในภาพวาดนี้เป็นชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติอีกชิ้นหนึ่ง ซึ่งเป็นตัวเว้นวรรคที่เป็นแท่นสำหรับขั้วไฟฟ้าสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ด้วย

ขั้นตอนที่ 7: เพิ่มสวิตช์ชั่วขณะ

สวิตช์ชั่วขณะ Arduino และลิมิตสวิตช์ทั้งหมดติดอยู่ที่เพลทด้านหน้า ดังนั้นการเข้าถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อทำการเปลี่ยนแปลงจึงทำได้ง่าย เพียงถอดแผ่นรองด้านหลังออก คุณก็จะเข้าถึงทุกสิ่งได้

ขั้นตอนที่ 8: เพิ่มแผ่นยึดและลิมิตสวิตช์

แผ่นยึดถือลิมิตสวิตช์และชุดแบริ่งสำหรับชั้นวาง ส่วนนี้ยังสามารถอยู่ร่วมกันได้เมื่อแก้ไขอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนที่ 9: เพิ่ม Stepper Motors & Gears

สเต็ปเปอร์มอเตอร์ยึดเข้ากับแผงด้วยสกรู M4 ผ่านรูเกลียว และเฟืองที่พิมพ์ 3 มิติจะถูกกดลงบนเสามอเตอร์ ฉันใช้ทริกเกอร์แคลมป์เพื่อให้กระชับและสบายตัว

ขั้นตอนที่ 10: เพิ่มชั้นวาง

ชั้นวางมีช่องที่ตัดเข้ากับตลับลูกปืนสองตัว มีช่องว่างเล็ก ๆ (.1 มม.) ระหว่างตลับลูกปืนและช่อง ซึ่งช่วยให้ชั้นวางเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

ตลับลูกปืนถูกประกบอยู่ระหว่างตัวเว้นวรรคที่พิมพ์ 3 มิติแบบกำหนดเองเพื่อให้พอดีกับที่ฉันต้องการ มีแผ่นชั้นวางที่ด้านหน้าซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องซักผ้าที่ยึดชั้นวางให้เข้าที่

ขั้นตอนที่ 11: เพิ่มแถบชั่วโมงและนาที

แถบชั่วโมงและนาทียึดติดกับชั้นวางด้วยตัวเว้นระยะ 12 มม. ทำให้เกิดช่องว่างที่ช่วยให้มีช่องว่างระหว่างแถบและชั้นวาง

ขั้นตอนที่ 12: เพิ่มแว่นขยาย

แว่นขยายเป็นแว่นขยายขนาดพกพาราคาถูกที่ฉันพบในอเมซอน โดยจะออฟเซ็ตจากด้านหน้าของแฮนด์บาร์ที่มีสเปเซอร์ 25 มม.

ขั้นตอนที่ 13: บทเรียนที่ได้รับ

ฉันได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับการเคลื่อนที่เชิงเส้นด้วยโครงงานนี้ พิกัดความเผื่อที่ฉันใช้ระหว่างตลับลูกปืนและช่องบนชั้นวางนั้นมากเกินไปเล็กน้อย ดังนั้นถ้าฉันจะทำอีกครั้ง ฉันคิดว่าฉันอาจจะผ่าครึ่ง ช่องว่างด้านข้างของช่องว่างก็ใหญ่เกินไปเล็กน้อย

มอเตอร์ทำงานได้ แต่ยิ่งเสาเข็มยาวเท่าไหร่ก็ยิ่งต้องทำงานมากขึ้นเท่านั้น ฉันอาจจะใช้สเต็ปเปอร์ 12V แทนที่จะเป็น 5V

แบ็คแลชน่าจะมากกว่านั้น อาจจะ 0.25 มม. เกียร์วางบนชั้นวางแน่นเกินไปกับเกียร์แรกที่ฉันพยายาม