Serwomechanizmy, część 2

W poprzedniej części artykułu poświęconego serwomechanizmom omówiono zasadę działanie serwomechanizmów, ich budowę, typy i rodzaje. Podano też podstawowe informacje odnośnie do doboru serwomechanizmów do modelu. W tej części opisano zasady montażu serwomechanizmów w modelach latających o napędzie elektrycznym. Wsród nich można wyróżnić wiele klas o różnorodnym przeznaczeniu. Są wśród nich małe i bardzo lekkie modele halowe, modele ESA, motoszybowce, modele akrobacyjne i duże makiety. Jednak zasady panujące i określające sposób montażu serwomechanizmów w tych modelach są praktycznie takie same. Głównym zadaniem serwomechanizmu jest precyzyjne i powtarzalne przeniesienie napędu na powierzchnię sterującą modelu lub też uruchomienie innej czynności, na przykład takiej, jak schowanie podwozia, otwarcie luków, czy też sterowanie ruchami gimbala w modelach FPV. W związku z powyższym samo mocowanie serwomechanizmów i przeniesienie ruchu opiera się o następujące zasady:

1. Mocowanie serwomechanizmu w modelu powinno być maksymalnie sztywne.
2. Prawidłowa regulacja zespołu serwo – powierzchnia sterowana.
3. Przeniesienie napędu z serwa na powierzchnie sterowaną (lotka, klapka, gimbal) pozbawione wszelkich luzów.
4. Przeniesienie napędu powinno odbywać się z minimalnymi oporami.
5. Łatwy dostęp do serwomechanizmu celem jego regulacji.
6. Prosty sposób wymiany serwomechanizmu w przypadku potrzeby jego wymiany lub naprawy.

1. Sztywne mocowanie
Sztywność oraz pewność zamocowania serwomechanizmu w modelu latającym zwykle decyduje o jego „być albo nie być”. O ile w modelach typu slow flyer w momencie obluzowania serwomechanizmu jednej z lotek mamy bardzo duże szanse na wyjście z opresji, o tyle podobna sytuacja w szybowcu zboczowym zazwyczaj spowoduje, że model rozbijemy. Stąd też samo mocowanie serwomechanizmu należy wykonać jako maksymalnie sztywne i mocne. Jakiekolwiek zaniedbanie na tym etapie zemści się w najmniej oczekiwanym momencie. Oczywiście, sposób mocowania musi być odpowiedni do typu modelu, jego budowy i wymagań. W modelu depronowym lub ESA nie będziemy mocować serwomechanizmu na łożu aluminiowym, co w modelu zboczowym wydaje się jak najbardziej sensowne.

2. Regulacja
Często bywa tak, że mamy serwo z dużym zapasem mocy i przekładniami metalowymi, natomiast cały zespół serwomechanizm – lotka jest źle wyregulowany. Załóżmy, że budowa lotki, a raczej sposób jej mocowania, ogranicza jej wychylenia do powiedzmy 30 stopni, natomiast sam orczyk serwa wykonuje ruch o większym zakresie. W razie złej regulacji tego zespołu możemy doprowadzić do wyłamania lotki lub jej dźwigni przez serwomechanizm lub też, jeśli zawiasy będą wystarczająco mocne możemy naruszyć mocowanie serwomechanizmu lub zepsuć jego przekładnię. Ruch serwomechanizmu powinien być ograniczony w sposób mechaniczny przez odpowiedni dobór położenia popychacza (wybór otworu w orczyku serwa) lub w sposób programowy w samym nadajniku.

3. Brak luzów
Każdy nadmierny luz pomiędzy serwomechanizmem a powierzchnią sterującą jest niepożądany i może doprowadzić do uszkodzenia modelu. Mocując serwomechanizm i łącząc go ze sterem musimy dążyć do tego, aby połączenie to było pozbawione zbędnych luzów. Oczywiście, luz w granicach dziesiętnych części milimetra jest do zaakceptowania, przecież sam serwomechanizm ma pewien luz przekładni. Jednak starajmy się wszelkie luzy minimalizować i kasować w każdym możliwym miejscu. Inaczej mogą one doprowadzić np. do flatteru w czasie lotu, co może spowodować wyrwanie zawiasów, serwomechanizmu lub inne uszkodzenie, które w konsekwencji zakończy się kraksą modelu.

4. Minimalny opór
Nadmierny opór towarzyszący ruchowi spowoduje stratę mocy i doprowadzi do problemów z powtarzalnym pozycjonowaniem serwomechanizmu, na przykład, przy powrocie do pozycji neutralnej. Może też spowodować, że serwomechanizm nie mając wystarczającego momentu obrotowego, aby przezwyciężyć opór mechaniczny i powrócić do neutrum będzie pobierał nadmierny prąd, co rozładuje baterię lub doprowadzi do jego uszkodzenia.

5. Łatwa regulacja
Istotnym czynnikiem jest to, by serwo było mocowane w modelu w ten sposób, byśmy mieli w miarę nie skomplikowane dojście do jego orczyka. Ułatwi nam to regulację serwomechanizmu i całego napędu, który to serwo obsługuje.

6. Łatwa wymiana
Często na skutek kraksy, uszkodzenia lub błędnego doboru serwomechanizmu (zazwyczaj za słabego do danej funkcji) musimy go wymienić lub wymontować w celu naprawy. Dlatego jest ważne, aby budowa modelu była dobrze przemyślana, tak aby z tą czynnością nie było zbyt dużego problemu. O ile budując model na podstawie planów lub projektując go samemu mamy duże szanse, aby taką sytuację przewidzieć, o tyle nawet w zestawach przodujących firm czasami bywa tak, że wymiana serwomechanizmu jest bardzo utrudniona lub też łączy się z „destrukcją” i późniejszą odbudową modelu w tym miejscu. Budując, a raczej składając zestaw najpierw postarajmy się dokładnie zapoznać z instrukcją montażu i w miarę potrzeby skorygować zauważone błędy producenta w tym zakresie. Posłużę się tu przykładem. Multiplex, A więc znana, lubiana i solidna firma w niektórych modelach nie przewidział wymiany serwomechanizmu. Jako przykład może posłużyć szybki motoszybowiec Blizzard z usterzeniem V. Budowa ogona wymusza wybór silnych serwomechanizmów i metalowej przekładni, ponieważ pozostaną one w modelu aż do czasu jego odejścia „do krainy wiecznych łowów”. Na poniższych fotografiach pokazano serwomechanizmy przed wklejeniem belki kadłuba, a na kolejnej fotografii już po jej przyklejeniu. Jak pokazano, kadłub jest wzmocniony prętami szklanymi i praktycznie nie mamy możliwości dostępu w późniejszym czasie do serwomechanizmów.

​

​ ​

​

Innym przykładem będzie usterzenie Soliusa. Co prawda, producent przewidział ewentualną możliwość wymiany serwomechanizmu, jednak w mojej opinii otwory służące do ukrycia okablowanie są zbyt małe i wymagają udrożnienia, tak aby w wypadku potrzeby wymiany serwomechanizmu nie było problemów z jego wyjęciem. Widać to na fotografii niżej.

​

Kontrola sprawności

W każdym modelu serwomechanizmy powinny być okresowo kontrolowane. Dlatego też musimy dokładnie przemyśleć ewentualną potrzebę dostępu do serwa i jego mocowania. Kontroli podlega mocowanie serwomechanizmu w modelu, połączenia serwa z powierzchniami, którymi ten serwomechanizm steruje. Kontrolę taką powinniśmy przeprowadzić praktycznie przed każdym lotem. Szczególnie zwracam uwagę na konieczność szczegółowej kontroli po każdym niefortunnym lądowaniu i innym nieprzewidzianym wypadku. W razie podejrzeń odnośnie do nieprawidłowości pracy serwomechanizmu zwykle objawiających się skokowym działaniem natychmiast należy go wymienić na nowy lub naprawić.
Bywa również tak, że pomimo mogło prawidłowego doboru serwomechanizmu pod względem momentu obrotowego, okazuje się on zbyt słaby. W trakcie lotu następuje jego przeciążenie i w efekcie uszkodzeniu może ulec część elektroniczna, a nie jak to zazwyczaj bywa sama przekładnia. Jeszcze raz podkreślę, każdą zauważoną nieprawidłowość staramy się on razu wyeliminować. Nie ryzykujmy lotu takim modelem, gdyż w ten sposób sami na siebie sprowadzamy potencjalne nieszczęście.

Dobieranie serwomechanizmów do zastosowania

Oczywistym jest, że serwomechanizmy dobieramy parami do realizowanej funkcji, uwzględniajac przy tym ich moment obrotowy, prędkość kątową i inne parametry. Dobrymi przykładami konieczności zestawiania par jest napęd lotek, klap, usterzenia V lub usterzenia poziomego napędzanego przez dwa serwomechanizmy. Oba powinny być dokładnie takie same. W razie konieczności wymiany któregoś z mechanizmów zastępujemy uszkodzony dokładnie takim samym lub wymieniamy parę.
Jeśli nie mamy możliwości sparowania serw, wymieniamy wtedy obydwa mechanizmy na dwa nowe czy też jednakowe.

Montaż serwomechanizmów w kadłubie

Serwomechanizmy w modelu montujemy kierując się zasadą, iż przełożenie ruchu mechanizmu na powierzchnię i elementy obsługiwane powinno być pozbawione luzów, jak najkrótsze i pozbawione zbędnych oporów. Przyjrzyjmy się kilku przykładom montażu.
Montaż serwomechanizmów w kadłubie jest uwarunkowany budową modelu, a głównie materiałem, z którego jest zbudowany model. Rozróżniamy:

• Modele drewniane, gdzie głównym materiałem są sklejka lotnicza, listewki oraz klocki drewniane.
• Modele laminatowe, motoszybowce, makiety i inne.
• Modele z EPP, czyli zazwyczaj modele z zestawów, modele klasy ESA.
• Modele depronowe.
• Modele o budowie mieszanej, w których do budowy użyto kompilacji różnych materiałów i technik.

W modelach drewnianych, a są to zazwyczaj większe modele, serwomechanizmy przykręcamy za pomocą niedużych wkrętów do drewna. Półka dla serwomechanizmów stanowi integralną i nośną część modelu. Czasami warto wykonać ją jako osobny moduł w całości przykręcany do kadłuba. Dla podwyższenia niezawodności serwomechanizmów drgania modelu powinny być tłumione za pomocą gumowych podkładek. Dotyczy to zwłaszcza modeli z napędem spalinowym.  Na fotografii niżej pokazano typowy serwomechanizm standardowy z podkładkami gumowymi, które zazwyczaj są dostarczane wraz z serwomechanizmem, natomiast na kolejnej zamieszczono zamocowane w ten sposób mechanizmy w kadłubie balsowego Fun Fly-a o średniej wielkości.

​

​ ​

​ W modelach laminatowych, analogicznie jak wyżej, serwomechanizmy są mocowane do specjalnych półek. Taka półka zwykle jest wykonana ze sklejki o grubości 2-3 mm lub innego materiału. Pokazano to na kolejnej fotografii, na której zamieszczono kadłub motoszybowca wykonany z laminatu. Wewnątrz wklejono sklejkową półkę na serwomechanizmy. Samą półkę przyklejono jest za pomocą żywicy. Miejsce klejenia dodatkowo wzmocniono i zalaminowano. Serwomechanizm jest włożony w stosowne gniazdo i przykręcony za pomocą niewielkich wkrętów. Po wywierceniu otwory pod wkręty warto nasączyć rzadkim klejem cyjano - akrylowym, co znacznie te otwory wzmocni.

​

​ ​

​Kolejna fotografia prezentuje duży model motoszybowca o rozpiętości ok 3 metrów. Kadłub jest wykonany z laminatu, a serwomechanizm o standardowych wymiarach napędzający ster wysokości położono na płasko. W spodnią część kadłuba wlaminowano podstawę serwomechanizmu wyciętą ze sklejki o grubości 5mm i dopasowaną do owalu dolnej części kadłuba. Do tej podstawy przykręcono łoże serwomechanizmu wycięte z kształtownika aluminiowego. Taka konstrukcja jest bardzo sztywna, rozbieralna i daje możliwość łatwej regulacji.

W modelach, w których głównym tworzywem jest EPP, a same modele są zazwyczaj lekkie, wymagania odnośnie do mocowania serwomechanizmów nie są aż tak restrykcyjne. Są to zazwyczaj modele do walki powietrznej, modele halowe lub zestawy „piankowe”. Z racji klasy modelu zależy nam na jak najmniejszym ciężarze całości. Tani i lekki serwomechanizm jest mocowany na wcisk. W kadłubie za pomocą odpowiednio ukształtowanego grota lutownicy wycięto otwór pod serwo, który też jest gniazdem ciasno dopasowanego serwomechanizmu. Dodatkowo, serwomechanizm może być przyklejony do takiego gniazda za pomocą kleju na gorąco (hot-glut).

Producent sugeruje, aby serwomechanizmy zamontować w kadłubie jeszcze przed sklejeniem jego połówek. Są one montowane na wcisk w plastikowych gniazdach przystosowanych wymiarami do serwomechanizmów Pico Multiplexa. W przypadku użycia innych mechanizmów warto ten sposób mocowania przerobić, co ułatwi nam ich ewentualną wymianę. Gniazda serwomechanizmów zostały lekko poszerzone. Od góry wklejono w nie podstawki z kawałeczków sklejki 1,5mm. Dopiero do tych półek – podstawek są mocowane poprzez dokręcenie wkrętami same mechanizmy wykonawcze. Ten sposób bardzo ułatwia dostęp do serw i bezproblemową ich późniejszą wymianę.

Warto, jak już wcześniej wspomniałem w przypadku modeli składanych z zestawów, wcześniej dokładnie się zaznajomić z budową modelu i wprowadzić - o ile to możliwe - usprawnienia i drobne przeróbki. W modelach halowych, gdzie dosłownie liczy się każdy gram ciężaru modelu mocowanie mechanizmów robimy najlżejsze jak tylko się da. Mechanizmy zostały tylko wciśnięte w odpowiednio wycięte dla nich gniazda i unieruchomione dosłownie jedną kroplą kleju hot-glut. Serwomechanizmy w modelu halowym zgrupowano w jednym miejscu. Pierwszy z nich napędza lotki, kolejny za ster wysokości i wreszcie ostatni - ster kierunku. Istotne jest miejsce ich zabudowania serwomechanizmów, ponieważ wycięte otwory osłabiają w tym miejscu kadłub. Dlatego też miejsce to dobieramy w taki sposób, aby to osłabienie było jak najmniejsze.Z drugiej zaś strony, nie mamy zbyt wielkiego pola manewru, gdyż pamiętać musimy o samym wyważeniu modelu do lotu.

Modele depronowe zazwyczaj budowane z planów to już pełne pole do popisu w zakresie montowania serw. Wielu modelarzy mocuje serwomechanizmy bezpośrednio na depronowych półkach, co wydaje mi się błędem w sztuce. Depron jest tworzywem kruchym i słabym, i dlatego sugeruję, aby serwomechanizmy montować do odpowiednio wklejonych półek, listew wzmacniających i tym podobnych. Na fotografii niżej pokazano wnętrze kadłuba depronowego górnopłata. Jak widać, zamontowano tu dwa serwomechanizmy: jeden odpowiada za ster wysokości, drugi za ster kierunku. Są to tanie serwomechanizmy plastikowe, a ponieważ model jest średniej wielkości (ok. 130 cm rozpiętości), to jest wymagane, aby były zamocowane bardzo sztywno. Podstawę mocowania stanowi naklejona na depron balsowa półka o grubości 3mm. Wklejono ją pomiędzy boki kadłuba. Serwomechanizmy przykręcono niewielkim wkrętami, a otwory pod wkręty wzmocniono CA. Dopiero takie mocowanie jest wystarczająco pewne i sztywne.

Na kolejnych fotografiach pokazano inny sposób mocowania. Sam mechanizm przeniesienia napędu z serwomechanizmu na ster wysokości modelu w układzie kaczki stanowi odrębny element lub też moduł całego modelu. Po wyregulowaniu i ustawieniu cały moduł zostaje zamocowany w modelu. Jak widać, dostęp do serwa i orczyka jest bezproblemowy, co ułatwia regulację i ewentualną wymianę.

Kolejne fotografie pokazują inne przykłady mocowania serwomechanizmów. Na pierwszej widać montaż napędu steru wysokości w modelu depronowym krytym taśmą samoprzylepną. Gniazdem jest sklejkowa półka przyklejona do boku kadłuba. Na następnym zdjęciu pokazano montaż pojedynczego serwomechanizmu lotek w lekkim górnopłacie. Jest on przykręcony do płytki z twardej balsy.

Montaż serwomechanizmów w skrzydłach

Montaż serwomechanizmów w skrzydłach przeprowadzamy w sposób analogiczny, zwykle w pozycji poziomej. W modelach ESA budowanych z EPP po określeniu miejsca montażu za pomocą lutownicy transformatorowej i odpowiednio ukształtowanego grota wycinamy w skrzydle gniazdo serwomechanizmu. Możemy tu posłużyć się zrobionym z kawałka laminatu wzorcem, który zapewni nam jednakowe wymiary i głębokość wytopionego otworu. Po wycięciu gniazd nacinamy rowki, w których poprowadzimy okablowanie. W tak wyciętych gniazdach przyklejamy serwomechanizmy za pomocą hot-gluta. Można też w dna gniazd wkleić podstawki ze sklejki i dopiero do tych podstawek przykleić serwomechanizmy grubą taśmą dwustronną. Inną metodą, która zabezpieczy obudowę serwa przed hot-glutem jest jej zabezpieczenie koszulką termokurczliwą. Metodę mocowania na hot-glut ilustrują kolejne dwie fotografie.

Jeśli płat ma wystarczającą grubość i pomieści serwo w pozycji pionowej, to możemy je przykręcić do wklejonej sklejkowej półki. Przewody są prowadzone wewnątrz płata. Pokazano to na poniższych fotografiach.

W płatach modeli depronowych serwomechanizmy montuje się w odpowiednio przygotowanych komorach. Robi się to tak, aby mieć możliwość późniejszej ich wymiany. Następne dwie fotografie ilustrują ten sposób montażu.

Gniazdo w pracującym pokryciu płata ma od wewnątrz wzmocnione brzegi. Wzmocnienie wykonano z balsy średniej. Same mechanizmy przykręcono do sklejkowych półeczek. Półki zamocowano od góry i przykręcono do gniazd niewielkim wkrętami.

Inny rodzaj montażu, gdzie półki zostają wklejone w płat ilustrują kolejne dwie fotografie. W płacie od dołu wycięto duży otwór, przez który wklejono półkę ze sklejki, do której przykręcono serwomechanizm. Całość zasłonięto małą obudową wykonaną z papieru lub laminatu szklanego, ewentualnie depronu.

Montaż w płatach o budowie tradycyjnej, czyli żeberka balsowe, pokrycie folią czy też balsą w przypadku skrzydeł kesonowych przebiega w sposób analogiczny. Odpowiednia półka, wzmocnienia itd.

Na kolejnej fotografii zamieszczono płat o bardzo grubym profilu zamontowany w modelu akrobacyjnym klasy Fun Fly. Zwracam uwagę na sposób prowadzenie kabla serwomechanizmu. Zazwyczaj kabel przewlekamy przed pokryciem płata folią. W tym wypadku kabel biegnie w cienkiej plastikowej rurce pozyskanej z balonu. Daje nam to gwarancję bezproblemowej wymiany serwomechanizmu w razie uszkodzenia i możliwość przeciągnięcia okablowania bez zrywania pokrycia.

Montaż serwa lotki w płacie styropianowym krytym balsą. W wycięte w styropianie otwory wklejone zostały fabryczne plastikowe gniazda serwomechanizmów. Wciśnięte je ciasno w te gniazda i przykryto osłoną.

Oczywiście tematu zapewne nie wyczerpałem do końca, ale mam nadzieję że te kilka wskazówek będzie przydatnych.

Styczeń 2015, Tomasz Motyl "Motylasty", Zdjęcia: archiwum własne