[IDEA][WIP] Planetarne skrzynie biegów

[Michal]

Zachęcony przez Sariela pozwalam sobie pokazać co do tej pory udało mi się uzyskać z elementów Power Miners. Z góry przepraszam za jakość zdjęć: nie udało mi się wrócić do domu przed zachodem słońca. Starałem się trochę wyciągnąć w GIMPie, ale obawiam się że nie jestem zbyt dobry "w te klocki".

1. Gotowa i działająca planetarna dwubiegowa skrzynia biegów. Galeria na Brickshelfie. Stosunkowo prosta sprawa, ale pozwoliła mi wypróbować parę rzeczy w praktyce. Konkretnie, po pierwsze jak sprawują się koła Power Miners w przekładniach planetarnych, po drugie jak poradzić sobie z hamowaniem takiego koła w celu przełączenia biegu (prawdziwe skrzynie używają tzw. brake bands, ale tam powierzchnie zewnętrzne są gładkie), i po trzecie wreszcie, jak sprawuje się pneumatyka (małe siłowniki) przy przełączaniu skrzyni.

Sama skrzynia jest czymś pośrednim między układami (gearsets) Wilsona i Simpsona. Tzn:
- Składa się z dwóch przekładni planetarnych, które mają wspólny wał i wspólne, osadzone na nim, "słońca". Wał ten jest jednocześnie inputem skrzyni i jest napędzany przez dwa PF XL'e, trzykrotnie przyspieszone (czarne zębatki bevel)
- Pierwszy planet carrier (jak to się nazywa po polsku?) może być blokowany przy pomocy axla, który wysuwa się za pomocą siłownika umieszczonego między silnikami. Tutaj widać otwartą blokadę, a tutaj zamkniętą
- Ring gear (też nie wiem jak to jest po polsku), czyli koło Power Miners pierwszej przekładni (czarne) jest połączone na sztywno z planet carrier'em drugiej przekładni. O tak - liftarm 3 i liftarm 5 (planet carrier drugiej przekładni) są przymocowane do koła (ring gear pierwszej przekładni) na sztywno przy pomocy długich pinów, po środku widać słońce drugiej przekładni osadzone na wale, po bokach widać planetki drugiej przekładni.
- Ring gear pierwszej przekładni może być blokowany przy pomocy spuszczanej na niego ramki z dwoma gumowymi axle joinerami w roli hamulców. Niestety na śmierć zapomniałem zrobić zdjęcie z zamkniętą blokadą, ale nietrudno to sobie wyobrazić. Swoją drogą, nad tym hamulcem siedziałem chyba najdłużej, eksperymentując z różnymi gumowymi elementami, tak aby nie zgrzytać i nie obijać koła PM. Sądzę że się udało, bo przedstawione rozwiązanie jest mocne a jednocześnie pracuje "kulturalnie". Zużycie gumowych elementów jest niewielkie.
- Output skrzyni stanowi ring gear drugiej przekładni (szary). Widzę że znowu zawaliłem i nie zrobiłem zdjęcia od strony koła zamachowego, ale to po prostu kilka kół pasowych przyczepionych na pinach do ringa drugiej przekładni, i wetknięta w nie ośka. Na tym zdjęciu widać kawałek koła pasowego, zaraz obok gumowego axle joinera.

Acha, zdjęcia na których widać dwa czarne koła robiłem po prostu na innych częściach, żeby nie musieć rozbierać skrzyni. Powinno być oczywiście jedno czarne (to podłączone na sztywno do carriera) i jedno szare.

Skrzynia działa dosyć dobrze, sprawia wrażenie mocnej (mogę zatrzymać ręką output na dowolnym biegu i nic nie strzela). Działa w ten sposób że jeśli wyłączone są obie blokady, to nie przekazuje napędu (luz), jeśli włączona jest blokada pierwszego ringa to jest redukcja (mniej więcej dwukrotna), a jeśli włączy się blokadę pierwszego carriera to jest przyspieszenie (też mniej wiecej dwukrotne). Czyli skrzynia ma przełożenia około 1:2 i 2:1 i luz. Czyli fajny zakres, ale czegoś brakuje "w środku". Poza tym wiedziałem że pełne układy Wilsona przy dwóch przekładniach mają trzy biegi, więc...

2. Gotowy i działający gearset Wilsona do skrzyni trzybiegowej. Brickshelf. Przekładnie planetarne podobnie jak w poprzednim przypadku (wspólny wał i słońca, ring pierwszej zblokowany z carrierem drugiej), ale:
- Napędzany nie wał, tylko carrier pierwszej (połączony na sztywno z czarną częścią dyferencjału). Na czarną zębatkę dyferencjału ma być dostarczony input.
- Blokowany nie tylko pierwszy, ale i drugi ring. Tutaj blokad oczywiście nie widać, ale zablokowanie jednego z ringów to overdrive około 2-krotny, a drugiego - overdrive około 4-krotny.
- Output z wału.
- Sprzęgło kłowe pomiędzy pierwszym ringiem a wałem. Jeśli je włączyć, przekładnie planetarne blokują się i całość obraca się jak jeden duży sztywny wirnik (direct drive). Tutaj widać wyłączone sprzęgło, natomiast tutaj jest włączone. Czarne axle przechodzą między ramionami knoba i uniemożliwiają wzajemny obrót wału (na którym osadzony jest knob) i carriera pierwszej przekładni (z którym powiązane są "kły" sprzęgła).

W omawianym przypadku bieg pierwszy (sprzęgło włączone) to 1:1, bieg drugi (blokada druga) to około 1:2, bieg trzeci (blokada pierwsza) to około 1:4.

Oczywiście taki gearset można zbudować różnie, ale nie udało mi się wymyśleć niczego lepszego jeśli chodzi o sprzęgło. Generalnie problemem jest długość nie podpartego niczym wału skrzyni - im dłuższy tym bardziej wiotki, tym większa też szansa że się ukręci. Stąd użycie obrotnicy, bo ona jest jedynym elementem LEGO, przez który potrafię przepuścić sprzęgło. Ponieważ z kolei obrotnica wymusza niejako redukcję, to spiąłem ją z carrier'em (a nie z wałem i słońcami) bo dzięki temu w skrzyni nie zachodzi kolejna redukcja (wtedy zrobiłaby się redukcja np 10 krotna, i to już na pewno jest dobry przepis na ukręcenie wału). No i pojazd "pod który" buduję tą skrzynię ma być szybki...:-)

3. Co dalej

- Skrzynię dwubiegową można łatwo sterować zdalnie. Wystarczyłby rodzaj suwaka, napędzanej (np) z PF M'a, która łączyłaby obie blokady w ten sposób, że przesuwanie w jedną stronę "zaciągałoby" hamulec, a w drugą "wsuwałoby" blokadę carriera. "Po środku" byłby luz. Sterowanie pneumatyczne też działa, ale w przypadku tej skrzyni stanowi overkill (bo jeszcze sprężarkę pasowałoby do pojazdu wstawić)
- Z pneumatyką z kolei można zrobić fajne sterowanie skrzyni trzybiegowej (na dwóch przełącznikach aktywowanych z suwaka, coś w rodzaju prostej wersji "komputera hydraulicznego" starych automatów). Gdyby jeszcze ten suwak chciał ustawiać się proporcjonalnie do obrotów bądź obciążenia, to mielibyśmy niemalże pełen automat (bez przetwornika momentu, ale to zbędne przy silnikach elektrycznych). To jest w tym momencie największy problem: sensowny pomiar obrotów/obciążenia/czegokolwiek, pozwalający przy pomocy suwaka przestawiać dwa zawory pneumatyczne. Tylko tyle, i aż tyle.
- Sekwencyjne sterowanie mechaniczne jednym silnikiem jest tu co najmniej nietrywialne, choć pewnie się da. Ja na razie nie mam pomysłu, ale trochę kombinuję, docelowo chciałbym automat, ale i sekwencyjnie zdalnie sterowana skrzynia trzybiegowa nie do pogardzenia.

Gdyby się udało...wyobrażacie sobie możliwości? Brak dobrych skrzyń biegów jest (moim skromnym zdaniem) największą bolączką większości "jeżdżących" MOCy. Albo jedzie jak czołg, ale powoli, albo jeździ szybko, ale nie ma siły wjechać na dywan :-(. Automat w trialówce...też fajna sprawa. Itd, itp.

Uff, to by było na tyle. Darujcie jakość zdjęć i chaotyczną pisaninę, ale dzień był długi, a jutro zapowiada się następny nielekki. Jestem bardzo ciekaw Waszych opinii i pomysłów, może wspólnie uda się poskładać pierwszy prawdziwy LEGOwy automat?

Pozdrowienia
Michał

PS1. Teoria w tej książce. Tu na Google Books, ale można też wyguglać pdfa
PS2. Przy użyciu koła z Power Miners można by też zbudować pancerny dyferencjał - są pewne trudności ale powinno się dać.
PS3. Klocki nie są aż takie brudne, to oświetlenie jest złośliwe :-)

[Sariel]

Tak mi się przypomniało, prędkość obrotową możesz łatwo i pewnie zmierzyć tym: http://www.peeron.com/inv/sets/5206-1

[Fistach]

Pokaż MOCa z tym w środku to wtedy będzie można rozmawiać bo jak na razie jest to dość spore aczkolwiek idea ciekawa :)

[Michal]

Pokaż MOCa z tym w środku to wtedy będzie można rozmawiać bo jak na razie jest to dość spore aczkolwiek idea ciekawa :)

Spore i mniejsze nie będzie, ale bywają i duże MOCe. Swojego pokażę, w tym tempie prac i ilości czasu jaki mam na klocki...gdzieś w 2011 pewnie :-(

Tak mi się przypomniało, prędkość obrotową możesz łatwo i pewnie zmierzyć tym: http://www.peeron.com/inv/sets/5206-1

Ale tylko zmierzyć, czy też cokolwiek wysterować? Nie mam tej części a wygląda jak zwykły licznik....Nawet jakby np: podawało prąd na wyjście po przekroczeniu granicznej wartości obrotów to już można by kombinować.

[Sariel]

Nie, to tylko i wyłącznie licznik.

[Nerevar]

Ciekawe nie powiem, mam nadzieje, że okaże się to skuteczne. Szkoda, że nie posiadam takich elementów bo sam chętnie bym sobie coś takiego zmajstrował i się pobawił.

[DonArkada2]

Jakby licznik przerobić. Zależni od obrotów jest napięcie więc komparator i gotowe. To sterowałoby...
Dużo roboty ale nie trzeba NXT tylko innej elektroniki. A swoją drogą to spróbuje coś wykombinować z samej elektroniki.
Np. powiedzcie czy zależnie od obrotów silnik zakręci się w jedną stronę a jak obroty spadną to w drugą. Mam mały pomysł. Może coś by z tego było jeśli to ładnie zapakować w klocki.

[szczudel]

Są jeszcze obrotościomierze analogowe - takie coś z kulkami na szkielecie parasola. Ale taka skrzynia biegów będzie bardzo duża bo nie ta się tego zmniejszyć.

Tylko, po co konstruować skrzynie biegów automatyczną jeśli silniki mają stałą prędkość obrotową???
Sarielowski zmiennik momentu jest jedyną słuszną alternatywą dla "automatu”, bo działa pod wpływem OBCIĄŻENIA a nie obrotów wału z silnika.

BTW teraz jestem już Panem operatorem sprzętu ciężkiego spycharek klasy 3 z rozszerzeniem na maszynę klasy 2 - tg170B :D

[Sariel]

Są jeszcze obrotościomierze analogowe - takie coś z kulkami na szkielecie parasola.

Regulator Watta: http://pl.wikipedia.org/wiki/Regulator_ ... wy_obrotów. Ale to trudne do zrobienia z klocków, bo niewiele jest części nadających się na ciężarki.

[Michal]

@DonArkada2

Właśnie takich małych, prostych elementów sterujących brakuje moim zdaniem w PF. NXT to overkill w wielu przypadkach. Byłoby fajnie gdyby udało się coś zrobić.

@Szczudel

Muszę przyznać że nie rozumiem sensu zdania "jeśli silniki mają stałą prędkość obrotową???". Moje nie mają.

Przy okazji, widzę że potrafisz dokładnie powiedzieć co jest skrzynią biegów, a co zamiennikiem momentu. Czy możesz podać definicje? Bo z tego co ja czytam, to granice są zupełnie płynne. Ale oczywiście żaden ze mnie specjalista.

@Sariel

Teraz kombinuję coś w stylu tego co pokazałeś w poprzednim wątku, tylko dałem sobie spokój ze sprzęgłem i dołożyłem jeszcze jedną przekładnię planetarną, żeby zachować liczbę trzech biegów. Jest lepiej...:-)

[szczudel]

Oczywiście:
Skrzynia biegów automatyczna zmienia biegi w zależności od obrotów. Czyli im szybsze obroty to przeskakujemy na wyższy bieg .

Zmiennik momentu (def) jest to przekładnia hydrokinetyczna zmieniająca moment obrotowy w zależności od obciążenia przy STALYCH obrotach silnika.
Czyli owszem możemy podnieść obroty ale wtedy to będą już inne warunki pracy. Zmiennik momentu rozpatrujemy dla stałych obrotów i działa to tak że jak trzymamy stałe obroty to pojazd zwalnia ale jego moc rośnie. Tzn obroty zawsze są stałe nawet jak staniemy to i tak się kręci z tą samą omega. ZMIENNIK NIE MA BIEGU WSTECZNEGO. Rozwiązuje się to przekładniową skrzynią biegów.

Mam nadzieje że się przydało.
Aha jeszcze jedno. Płynność definicji automatu i zmiennika polega na tym, że istnieje coś takiego jak sprzegło hydrokinetyczne [bardzo podobne w budowie do zmiennika] którego używa się w Automatach.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Autom ... on_cut.jpg . To z przodu takie jakby 2 talerze do zupy złączone to własnie w automacie sprzęgło hidrokinetyczne.

A w tym zdaniu chodzi o to, że PF kręcą się ze stałą prędkością obrotową [chyba że użyjemy nowego pilota od Trains+PF].

Co do Regulatora Watta. Tu nie chodzi o same ciężarki. Obeszłoby się bez nich przy użyciu zwykłych klocków płaskich 2x4[6] złączonych do kupy [większa masa niż zwykły klocek 2x4[6]]. Bo można by tą wadę skompensować przez odpowiednie zmienienie momentu [i obrotów] jakimiś przekładniami. Ale jak można się domyśleć takie coś miałoby spore rozmiary i ilość pracy przy skalibrowaniu takiego urządzonka przerosłaby programowanie tego na NXT.

[Michal]

Oczywiście:
Skrzynia biegów automatyczna zmienia biegi w zależności od obrotów. Czyli im szybsze obroty to przeskakujemy na wyższy bieg .

No rzeczywiście, w najprostszym przypadku tak. Ale tak naprawdę, skrzynie automatyczne zmieniają biegi w zależności od wielu czynników, nie tylko obrotów silnika. Liczy się np. położenie dźwigni sterujące, położenie pedału gazu, i jak został wciśnięty (kickdown). Myślę że bez większego błędu można powiedzieć, że "skrzynia biegów automatycznie zmienia biegi w zależności od pewnego zestawu parametrów wejściowych". Ten zestaw parametrów podlega jakiemuś przetwarzaniu logicznemu, dawniej w "komputerach" hydraulicznych, teraz bardziej w elektronice i na tej podstawie podejmowane są decyzje o zmianie przełożenia.

Zmiennik momentu (def) jest to przekładnia hydrokinetyczna zmieniająca moment obrotowy w zależności od obciążenia przy STALYCH obrotach silnika.
Czyli owszem możemy podnieść obroty ale wtedy to będą już inne warunki pracy. Zmiennik momentu rozpatrujemy dla stałych obrotów i działa to tak że jak trzymamy stałe obroty to pojazd zwalnia ale jego moc rośnie. Tzn obroty zawsze są stałe nawet jak staniemy to i tak się kręci z tą samą omega. ZMIENNIK NIE MA BIEGU WSTECZNEGO. Rozwiązuje się to przekładniową skrzynią biegów.

No to według tej definicji rozwiązanie Sariela nie jest zmiennikiem momentu, bo nie jest przekładnią hydrokinetyczną :-). Oczywiście żartuję, ale mam na myśli że w "modelowym" świecie Lego określenia przeniesione z realnego świata nie zawsze mają sens.

Aha jeszcze jedno. Płynność definicji automatu i zmiennika polega na tym, że istnieje coś takiego jak sprzegło hydrokinetyczne [bardzo podobne w budowie do zmiennika] którego używa się w Automatach.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Autom ... on_cut.jpg . To z przodu takie jakby 2 talerze do zupy złączone to własnie w automacie sprzęgło hidrokinetyczne.

Zgadza się. A poza tym istnieje wiele dziwnych "stworów", które ciężko zaliczać do sztywnych, umownych przecież kategorii. Np. czy Hondamatic to automatyczna skrzynia? Nie ma przecież przekładni planetarnych. Czy preselekcyjne planetarne skrzynie biegów wyposażone w zmiennik hydrokinetyczny (np Daimler Dingo, ten z drugiej wojny światowej) to już automaty czy jeszcze nie? Bywały też skrzynie automatyczne bez przekładni hydrokinetycznej. A są jeszcze zautomatyzowane skrzynie ręczne, te nowe skrzynie dwusprzęgłowe, itd, itp.

Wszystko zależy od definicji, a z definicją, wiadomo - każdy ma swoją.

A w tym zdaniu chodzi o to, że PF kręcą się ze stałą prędkością obrotową [chyba że użyjemy nowego pilota od Trains+PF].

To dalej nie jest prawda. Jeśli uzupełnisz zdanie o "przy stałym obciążeniu", to mogę się od biedy zgodzić. Na trasach Truck Trial, czy nawet jeśli jeździsz sobie MOCem po mieszkaniu, to obciążenie nie jest stałe. Dlatego próbuję skonstruować "urządzenie zmieniające przełożenie w zależności od czegokolwiek w miarę proporcjonalnego do warunków zewnętrznych" :-D, bo po prostu przydałoby się.

Co do Regulatora Watta. Tu nie chodzi o same ciężarki. Obeszłoby się bez nich przy użyciu zwykłych klocków płaskich 2x4[6] złączonych do kupy [większa masa niż zwykły klocek 2x4[6]]. Bo można by tą wadę skompensować przez odpowiednie zmienienie momentu [i obrotów] jakimiś przekładniami. Ale jak można się domyśleć takie coś miałoby spore rozmiary i ilość pracy przy skalibrowaniu takiego urządzonka przerosłaby programowanie tego na NXT.

Prawda. Dlatego największe nadzieje pokładam w dyferencjale na wyjściu z przekładni (przed kołami), rozkładającym moment pomiędzy koła i jakieś zmienne obciążenie (gumka u Sariela, ja używałem ściskanych amortyzatorów. Problem w tym że tak uzyskuje się znikomy zakres ruchu. Potrzebne jest lepsze obciążenie, ciekawe jak sprawiłyby się Lego "wind up motors".

Pozdrowienia
Michał

[Sariel]

Wind up motors są zbyt niestałe, obawiam się. Mam takie dwóch rodzajów i obydwa wykazują pewną elastyczność sprężyny, objawiającą się tym, że kiedy 'odbijają', za każdym razem robią to o trochę inny zakres ruchu. Nie są na tyle dokładne, żeby była identyczna powtarzalność, a przypuszczam też że po iluś przebiegach zaczynają się luzować.
Co do skrzyń - są jeszcze np. półautomatyczne bezsprzęgłowe, jeden z ciekawszych użytkowo wariantów moim zdaniem :) Ja póki co siedzę nad swoją przeróbką skrzyni 4-biegowej - zapowiada się, że wyjdzie z tego zdalnie sterowana skrzynia sekwencyjna, ale działająca dwukierunkowo (zwiększanie/zmniejszanie biegu).

[Michal]

Sariel: a jakby wprowadzić im napięcie wstępne? Żeby nie "skręcały się" od zera, tylko już od pewnej energii? Ja nie potrzebuję wielkiej precyzji, tylko czegoś w rodzaju suwaka z wystającym bolcem, który na drodze napotyka najpierw jeden, potem drugi zawór pneumatyczny. Czyli możliwe ustawienia są 0 0 (gdy suwak na początku), 1 0 (suwak pomiędzy zaworami), 1 1 (suwak na końcu). W drugą stronę odwrotnie.

Czy możesz napisać które to "wind upy" masz? Będę niedługo kupował na Brickshelfie do testów, to może na początek wezmę "te inne".

Co masz na myśli pisząc o "półautomatycznych bezsprzęgłowych"? W sumie Wilsona można tak rozpatrywać, ale zawsze chętnie poczytam o nieznanej konstrukcji :-)

[Sariel]

Sariel: a jakby wprowadzić im napięcie wstępne? Żeby nie "skręcały się" od zera, tylko już od pewnej energii?

Chyba że z górną i dolną blokadą zakresu ruchu, tylko tak możnaby uzyskać odpowiednią precyzję.

Czy możesz napisać które to "wind upy" masz? Będę niedługo kupował na Brickshelfie do testów, to może na początek wezmę "te inne".

http://www.peeron.com/inv/parts/7351c00 i http://www.peeron.com/inv/parts/61100cx1

Co masz na myśli pisząc o "półautomatycznych bezsprzęgłowych"? W sumie Wilsona można tak rozpatrywać, ale zawsze chętnie poczytam o nieznanej konstrukcji :-)

Nie pamiętam teraz który dokładnie wariant tak mi się podobał, ale pewna część skrzyń półautomatycznych jest budowana w wariancie bezsprzęgłowym. Przykłady:
- opcjonalna skrzynia Autostick w klasycznym Garbusie
- Citroën DS z 1955 roku
- skrzynia PDK używana w Porsche w latach 60.
- skrzynie typu Zeroshift są w zasadzie wariantem takiej skrzyni, ale o ile wiem wciąż jeszcze nie weszły do produkcji seryjnej