Throttle Quadrant – tandwielen

De volgende interessante uitdaging: de autothrottle constructie.
Zoals al gemeld in een vorige post heb ik gekeken naar de servo gebaseerde constructie zoals in de video’s op het Buildaboeing YouTube kanaal te zien is.
In een van zijn laatste videos legt Peter uit dat een van problemen waar hij tegenaan gelopen is is dat de constructie gespiegeld wordt voor de twee gashendels, maar dat dit betekent dat de servos dan tegengesteld draaien.
Zelfs als het met de servo controller mogelijk is om de draairichting om te draaien kan ik me voorstellen dat het hierdoor lastig kan zijn om de beide gashendels precies synchroon te laten bewegen.
En er is nog een ander probleem: de hoogte van de servo’s is groter dan de ruimte die beschikbaar is tussen de MDF panelen 6, 7 en 8. Dus je kunt de twee servo’s niet op precies dezelfde plaats monteren op de panelen.

mdf_plates_side

Omdat ik geen expert in mechanische constructies ben ik heb wat op internet gezocht en vond een interessant gratis Windows programma met de naam Linkage waarmee je mechanische verbindingen kunt simuleren.
Ik heb dit programma gebruikt om een model te maken van de gashendel, servo en schuifpotmeter en de verbindingen ertussen.

Het idee was om wat te experimenteren met de locatie voor de verschillende onderdelen en te kijken of er een oplossing mogelijk is waarbij de servo’s in dezelfde richting kunnen draaien, toch op een verschillende plaats tussen de MDF panelen gemonteerd kunnen worden op een manier dat de hendels precies synchroon bewegen.

Terwijl ik hiermee aan het worstelen was bedacht ik me dat ik een CNC frees heb: ik moet nog steeds wennen aan het idee dat de mogelijkheden daarmee bijna onbegrensd zijn: misschien lukt het daarmee ook wel om m’n eigen tandwielen op maat te maken.
Met tandwielen is de oplossing simpel: dan kunnen de servo’s op een willekeurige plaats worden geplaatst rond het tandwiel dat aan de gashendel bevestigd is en bewegen de hendels mooi synchroon.

In het verleden heb ik een tandwiel plug-in gevonden voor het 3D tekenprogramma Sketchup. Dus vroeg ik me af of er misschien ook zoiets bestaat voor het programma Inkscape.
Uit het eerste zoekresultaat op internet bleek dat Inkscape standaard al een uitbreiding heeft voor het tekenen van tandwielen en deze blijkt precies te voldoen aan mijn wensen. In de laatste nieuwe versie van Inkscape is deze uitbreiding nog wat uitgebreid, maar die versie van Inkscape bleek wat andere problemen te hebben, dus ben ik even bij versie 0.48 gebleven.
Om een stevige constructie te kunnen maken heb ik de tandwielen zo groot gemaakt dat ze met schroeven op een aluminium servo arm bevestigd kunnen worden. Een bijkomend voordeel is dat hoe groter het tandwiel is des te verder de servo’s naar beneden kunnen worden gemonteerd, weg uit de volle ruimte tussen de MDF panelen.

Het enige waar ik nog over twijfel is de verhouding tussen de tandwielen: het bereik van de gashendel is 90 graden, dat van de servo meer dan 180 graden. Om de gashendels nauwkeuriger te kunnen bewegen zou ik dus een verhouding van 2:1 kunnen gebruiken van servo naar hendel.
Maar bij handbediening moeten de hendels de servos in beweging krijgen. Dit kost behoorlijk wat kracht en een tandwielverhouding van 2:1 maakt dit nog erger en betekent dat er behoorlijke krachten op de constructie komen.
Dus heb ik in eerste instantie gekozen voor een 1:1 verhouding.

0197434f96f6a39d733df80dd9c95a7725c6200e4e

Als servos en hendels vast met elkaar verbonden zijn zal het niet mogelijk zijn om de hendels te bewegen zolang de servos aangestuurd worden en zelfs als ze niet aangestuurd worden moet de grote tandwieloverbrenging in de servo overwonnen worden.

Dus ik bleef toch denken aan constructies met een frictiekoppeling om dit probleem op te lossen. Na wat zoeken naar koppelingen op Aliexpress vond ik micro electromagnetische koppelingen voor een redelijke prijs. Deze koppelen een D-vormige as aan een ABS kunststof tandwiel via electromagnetische kracht (aangestuurd met 24 Volt).

Dat vermindert de krachten in de constructie bij handbediening (servo ontkoppeld) en biedt misschien zelfs de mogelijkheid om toch met de hand te kunnen ingrijpen als de autothrottle ingeschakeld is. Dat laatste moet nog blijken zodra de koppelingen binnen zijn.

Hiervoor zijn wel enkele aanpassingen aan de constructie nodig: omdat de servo- en hendel positie niet meer 1-op-1 gekoppeld zijn zijn nu servo’s nodig die onbeperkt kunnen draaien (gewone servo’s kunnen hiervoor aangepast worden) en zal de software de potmeterstand moeten gebruiken om de juiste hendelpositie te bepalen in autothrottle mode. Ook moet er voor gezorgd worden dat de hendels stoppen in de uiterste stand. Daarvoor kunnen de microswitches gebruikt worden die toch al aanwezig zijn.
Een voordeel is dat er nu een grotere tandwieloverbrenging gebruikt kan worden tussen hendel en servo om de hendel nauwkeuriger te kunnen positioneren.

Nu ik zelf tandwielen kan maken denk ik er ook over om draaipotmeters te gebruiken i.p.v. schuifpotmeters, want ik verwacht dat dit een betere lineariteit geeft dan een constructie met een hendel naar een schuifpotmeter.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s