С разрешения автора Джорджа Шеннона я собираюсь опубликовать эту статью о моторостроении из второго номера ныне несуществующего журнала «Slot Car Enthusiast». А поскольку в моих файлах есть оригинальные фотографии, они будут цветными, а не черно-белыми как в оригинальной печатной статье. Хотя этой статье уже почти десять лет, в ней все еще есть много полезной информации даже для гонщиков, собирающих двигатели, отличные от C-can. Поскольку это длинная статья, она будет разбита на несколько постов. Джордж хотел, чтобы я сказал вам, что он больше не рекомендует втулки Slick 7 и теперь использует JB Weld для крепления магнитов.
Gregory Wells (Cheater с форума slotblog.net), 2006
Building Race-Winning C-Cans
George Shannon
В гонках трассовых моделей, как и в гонках полноразмерных автомобилей, главное — лошадиные силы. В классах, где не используются специальные или закрытые двигатели, тщательная сборка, которую обычно называют blueprinting, — это то, что обеспечивает мощность и победы в гонках. Blueprinting, по сути, означает сборку двигателя с максимально возможным уровнем точности: подшипники расположены соосно, магниты параллельны и расположены точно на расстоянии 180 градусов друг от друга, а зазоры соответствуют конкретным цифрам. Все это позволяет достичь максимальной производительности.
В этой статье рассказывается о моторе для трассовых моделей со стаканом C-can, который уже много лет продается на рынке и используется гонщиками моделей в масштабе 1/32 и 1/24 по всему миру. То, что следует ниже, конечно, не единственный способ собрать двигатель C-can, поскольку у каждого гонщика есть свой набор хитростей, но описанные методы — это один из способов достижения точности, с помощью которой обычно создаются быстрые и долговечные моторы для трассовых моделей. Обратите внимание, что многие из этих методов в равной степени применимы как к двигателям типа D-can, так и к двигателям других размеров. И имейте в виду, что некоторые из описанных процедур могут быть запрещены правилами некоторых гоночных серии. Поэтому, прежде чем продолжить, ознакомьтесь со сводом правил или проконсультируйтесь с техническим директором соревнований.
Список деталей
Pro Slot – тонкий стакан
Pro Slot – крышка и щёткодержатели
Mura C-can – магниты
Pro Slot S16C – ротор
Pro Slot Golddust – щётки
Champion Light – пружины
Slick 7 – подшипники скольжения
FastOnes – винты крепления крышки
Сначала нам нужно собрать детали и инструменты, необходимые для создания чемпионского C-can. В списке деталей на этой странице показаны компоненты, которые мы будем использовать в сборке этого двигателя. Можно начать с готового двигателя или выбрать детали разных производителей, как это сделали мы. Предположим, что мы получили подобранные (равной силы) магниты и сбалансированный и маркированный ротор, соответствующий участвующему в гонке классу. Нам также необходимо собрать несколько специализированных инструментов, которые помогут нам достичь желаемого уровня точности. Некоторые из них, такие как оправки заменяющие ротор, штангенциркуль и инструмент для выравнивания щеткодержателей, являются необходимыми. Другие приспособления, такие как приспособление для выравнивания крышки, инструмент для натяжения пружины и алмазная заточка радиуса щетки, являются дополнительными или могут быть заменены.
Список инструментов
Camen 0.530″ и 0.525″ armature slugs (оправки для сборки двигателя)
DRS C-can alignment mandrel (оправка для выправления стакана)
Slick 7 brush hood alignment bars (бруски для выставления щеткодержателей)
Magnehone brush hood tool (алмазный брусок для приточки щеткодержателей)
Magnehone brush radius tool (алмазная заточка радиуса щетки)
Magnehone armature tool (приточка для торцов ротора)
PureFast endbell alignment jig (оправка для точного выставления крышки)
Sonic Fiddlestick spring tension tool (инструмент для натяжения пружины)
Штангенциркуль
3M двухсторонний скотч
Супер клей
Газ для зажигалок или другой обезжириватель
400-я наждачная бумага
Очень важен порядок, в котором мы подходим к процессу Blueprinting. Для достижения надлежащих результатов необходимо выполнить следующие шаги в указанном порядке. Кроме того, очень важно проверять и перепроверять все измерения по мере их выполнения. Перед склеиванием или пайкой убедитесь, что все выполнено точно. Всегда помните старую пословицу о том, что нужно семь раз отмерить, а один раз отрезать. Гораздо проще сделать все правильно с первого раза, чем потом исправлять.
После снятия подшипника скольжения со стакана, если он был установлен, в первую очередь необходимо зачистить точечные сварные швы на внутренней стороне изогнутых поверхностей стакана. Во многих случаях эти сварные швы образуют небольшие выступы, которые препятствуют полному контакту магнитов со стаканом. С помощью Dremel MotoTool или аналогичной небольшой шлифовальной машины с подходящим камнем это можно сделать за короткое время.
Затем мы выровняем стакан электродвигателя, так как это изделие массового производства часто бывает некруглым или изогнутым. Самый простой способ выпрямить стакан – использовать соответствующую оправку для C-can. Если стакан с трудом надевается на оправку, надавите на него, а затем слегка постучите латунным молотком по изогнутым поверхностям и краям, где изогнутые поверхности соприкасаются с плоскими сторонами, до тех пор, пока стакан не будет легко надеваться на оправку и сниматься с нее. Прежде чем считать этот этап завершенным, убедитесь, что стакан устанавливается на оправку в обоих возможных положениях.
После выравнивания стакана пропаяйте швы на обеих изогнутых поверхностях для большей прочности и устойчивости. Чтобы добиться лучшего сцепления припоя, отшлифуйте покрытие с обеих сторон швов и перед пайкой проведите по швам канцелярским ножом в обратном направлении. После пайки удалите излишки припоя, а затем еще раз проверьте, легко ли стакан надевается на оправку и снимается с нее.
Теперь нам нужно установить подшипники скольжения. Вставьте магниты в стакан и установите пружинные зажимы, которые их удерживают. Возьмите такую оправку, заменяющую ротор, которая будет плотно прилегать к магнитам (для нашего двигателя это оправка диаметром 0,530 дюйма) и установите подшипник скольжения на короткий конец вала оправки, прежде чем вставить ее в отверстие, образованное магнитами. Если подшипник скольжения не войдет в отверстие в торце стакана, необходимо увеличить его диаметр. Перед пайкой подшипник скольжения стакана должен свободно входить в отверстие. Проверьте установку крышки, чтобы убедиться, что её втулка не смещена от центра и что крышка правильно войдет в конец стакана. Здесь мы используем магниты для определения местоположения оси ротора, и по мере продвижения все остальные установки будут отталкиваться от этой оси.
Дальше мы должны установить крышку на стакан и просверлить отверстия для винтов, если их еще нет. (Рекомендуется пометить крышку и стакан, чтобы крышка всегда устанавливалась в одном и том же положении – для этого хорошо подойдет гравировальный станок.) Мы хотим, чтобы крышка полностью и ровно вошла в стакан после установки винтов. Один из способов добиться этого — правильно расположить крышку, а затем слегка приклеить ее на место с помощью цианакрилата (суперклея), одновременно просверливая отверстия для четырех винтов (и всегда используйте четыре винта для крепления крышки). Стакан Pro Slot, который мы используем, немного отличается от некоторых других C-can стаканов, представленных на рынке, тем, что он не ограничивает вращение крышки. Временно установите щеткодержатели вместе с бруском на крышку, а затем поместите всю сборку в оправку для выравнивания крышки, чтобы выровнять все, прежде чем приклеивать крышку на место. Аккуратно просверлите первое отверстие, убедившись, что сверло направлено под углом 90 градусов к стакану во всех четырех направлениях. Для этой задачи хорошо подойдет беспроводной Dremel MotoTool, работающий на низких оборотах. Перед сверлением следующего отверстия установите винт в предыдущее отверстие. Просверливание отверстий в крышке – важный шаг, поскольку у нас есть только один шанс сделать все правильно. Если отверстия неправильные, то есть если крышка не подходит вплотную, нам придется купить другую крышку и повторить попытку. После того, как будут просверлены четыре отверстия для винтов, и до того, как суперклей полностью затвердеет, выньте крышку из стакана и счистите мелкие кусочки клея с помощью канцелярского ножа. Установите крышку на место с помощью четырех винтов, чтобы убедиться, что мы достигли нужной площади и плотного прилегания.
Теперь припаяйте подшипник скольжения стакана, предварительно отшлифовав покрытие вокруг отверстия. Убедитесь, что подшипник полностью установлен на место и что припой полностью покрывает его окружность. Сделайте это, закрепив крышку, оправку и магниты на месте и вставив все четыре винта. Установите получившуюся конструкцию на деревянный брус с отверстием для вала оправки. Поверните электродвигатель под паяльником, чтобы добиться желаемого скругления припоя на 360 градусов, используя только необходимое количество припоя для получения хорошего соединения. Если подшипник крышки не закреплен, сейчас самое время снять крышку и аккуратно приклеить подшипник на место, нанеся одну-две капли суперклея. Используйте старый ротор, чтобы установить подшипник в углубление в крышке. Опять же, следует фиксировать подшипник с крышкой и всеми четырьмя винтами, установленными в стакане.
Когда все остынет, снимите крышку и оправку, установите свой ротор и снова установите крышку, чтобы проверить соосность подшипников. Ротор должен вращаться в подшипниках очень свободно. Если этого не происходит, устраните проблему сейчас, прежде чем переходить к следующему шагу, перепаивая или переклеивая по мере необходимости, чтобы ротор мог свободно вращаться.
Затем мы должны определить положение магнитов, которое позволит расположить ротор в стакане таким образом, чтобы щетки должным образом соприкасались с коллектором и чтобы ротор немного двигался между подшипниками. Мы не хотим, чтобы какой-либо из концов ротора соприкасался с подшипниками, но при этом коллектор должен быть расположен так, чтобы обеспечить полный контакт с щеткой. Для этого с помощью штангенциркуля прижмите магниты к крышке, пока ротор не займет правильное положение в магнитном поле. Как только магнит будет установлен в нужное положение, запишите расстояние между торцом стакана и торцами магнитов, как показано на шкале штангенциркуля. Этот размер потребуется нам позже при приклеивании магнитов.
Перед установкой магнитов сначала выровняйте их до установки в стакан, используя следующую технику. Возьмите оправку диаметром на 0,005 дюйма меньше, чем та, которая плотно прилегает к магнитам (в нашем случае это оправка диаметром 0,525 дюйма), и оберните ее ровно одним витком двустороннего скотча (хорошо подходит марка 3M, толщина которого очень близка к 0,0025 дюйма). Положите ленту ровным слоем, без пузырьков, и следите за тем, чтобы она не выступала за концы самой заготовки. При этом полезно использовать тиски, чтобы удерживать оправку. Наденьте брусок для выравнивания щеткодержателей на один конец вала оправки, прижимая его вплотную к нижней части оправки и зафиксируйте его там с помощью штифтовых тисков. Придерживая концы скотча так, чтобы они не находились между магнитами, аккуратно приклейте магниты к двустороннему скотчу, прижав их к бруску снизу. Возьмите еще два бруска (или любые другие полоски из прочного металла) и с их помощью выровняйте стороны магнитов. Здесь пригодятся небольшие резинки, например, те, что используются для брекетов; вы также можете использовать небольшие уплотнительные кольца, которые можно найти на передних колесах диаметром 1/2 или 5/8 дюйма. Когда магниты будут полностью выровнены (внимательно следите за направляющими планками, чтобы убедиться в этом), сильно надавите кончиками пальцев, чтобы магниты плотно прилегали к обмотанной лентой заготовке. Если все сделано правильно, это приведет к почти идеальному выравниванию магнитов, при условии, что ваши магниты одинакового размера.
Чтобы установить магниты в стакан, снимите направляющие планки, стараясь не сдвинуть сами магниты. Аккуратно вставьте магниты и оправку в сборе в стакан и установите крышку с винтами. Используя штангенциркуль, зафиксированный на определенном ранее измерении, осторожно сдвигайте магниты к крышке, пока они не окажутся в нужном положении. Закрепите магниты на месте с помощью суперклея. Дайте суперклею растечься только между магнитами и стаканом. Будьте осторожны, не приклеивайте магниты к оправке или крышку к стакану! Мы хотим полностью заполнить суперклеем небольшие промежутки между магнитами и стаканом, эффективно закрепив магниты на месте. Отложите статор в сторону для затвердевания клея.
Когда суперклей затвердеет, настанет время вынуть оправку. Промажьте оправку и магниты жидкостью для розжига (нафтой, как в зажигалках Zippo, бензином или другим обезжиривателем) и подождите несколько минут. Жидкость для розжига размягчит клейкую ленту и позволит нам вытолкнуть оправку из-под магнитов стержнем оправки или кончиком отвертки. Если оправка не хочет двигаться, нанесите еще немного жидкости для розжига и подождите еще несколько секунд. Поначалу она может двигаться незначительно, но с каждым дополнительным толчком будет перемещаться все больше и больше, пока не выскочит полностью. Используя ватную палочку и жидкость для зажигалок, очистите поверхности магнитов от остатков клея. В завершение установите магнитные зажимы, как того требует большинство правил. Установите ротор в статор в сборе с крышкой и убедитесь, что при вращении он находится в магнитном поле между подшипниками и что щетки полностью соприкасаются с коллектором. Если описанная выше процедура была выполнена правильно, ротор будет точно отцентрирован в магнитном зазоре.
Затем вставьте Magnehone brush radius tool в статор и установите крышку с винтами. Инструмент для прикатки щёток, который позже будет использоваться для радиусной обработки щеток, также имеет алмазный абразив на плоских поверхностях с обоих концов, и мы будем использовать эти части инструмента для обработки подшипников скольжения как стакана, так и крышки. Это придаст упорам ротора идеально ровную и плоскую поверхность для вращения. Используя штифтовые тиски, поверните инструмент сначала к одному подшипнику скольжения, а затем к другому, пока абразив не вырежет круговой рисунок на каждом из них.
Теперь пришло время установить щеткодержатели. Посадка щеток в щеткодержателях очень важна, поскольку контакт между щетками и кожухами является основным каналом тока в двигателях, в которых не используются шунтирующие провода щеток. Многие щеткодержатели, представленные на рынке, слишком высокие, и, используя наждачную бумагу с зернистостью около 400, мы укоротим их для лучшей подгонки. Положите наждачную бумагу на ровную поверхность и положите на нее брусок – выравнивающую планку. Удерживая брусок, проведите щеткодержателем вперед-назад вдоль бруска, позволяя наждачной бумаге проточить нижнюю часть горизонтальных выступов щеткодержателя до тех пор, пока наждачная бумага не удалит весь лишний материал. Проделайте это с обоими щеткодержателями.
Используйте хирургический зажим или пинцет с фиксатором, чтобы зафиксировать щеткодержатель в нужном положении на нижней пластине (совместите отверстия) и спаяйте две части щеткодержателя вместе для обеспечения прочности и сохранения выравнивания. Обратите внимание, что в соответствии с некоторыми правилами такая практика может быть запрещена. Используйте минимальное количество припоя, так как излишки, попавшие в прорезь для щетки, могут помешать прохождению бруска для щеткодержателей через щеткодержатель, и их придется удалять с помощью канцелярского ножа и Magnehone brush hood tool. А если вы использовали слишком много припоя, то может быть очень трудно провести инструмент через щеткодержатели.
Закрепите щеткодержатели и стойки пружин на пластиковой крышке, предварительно удалив установочные выступы с помощью канцелярского ножа (см. правую сторону крышки на рисунке ниже), поскольку они редко находятся в правильном положении и затрудняют точное выравнивание щеткодержателей и стоек пружин.
Приспособление для выравнивания крышек PureFast упрощает работу по выравниванию крышек, но для достижения той же цели можно использовать штангенциркуль с циферблатной головкой, проверяя высоту установки бруска для щеткодержателей с обеих сторон при установке двигателя на ровную поверхность. Когда все будет установлено правильно, затяните четыре винта, которыми крепятся щеткодержатели на крышке, а затем еще раз проверьте правильность установки с помощью оправки заменяющей ротор и бруска для щеткодержателей, установленных в собранном статоре с крышкой. Если все сделано правильно, брусок будет легко проходить через щеткодержатели, а стержень оправки пройдет через установочное отверстие в бруске. Когда все будет правильно отрегулировано, аккуратно приклейте щеткодержатели к пластиковой крышке с помощью суперклея. Аккуратно нанесите его на дно и края пластин, соблюдая крайнюю осторожность, чтобы клей не попал в отверстия для щеток. Опять же, такая практика может быть запрещена в некоторых гоночных сериях, но она повышает долговечность и гарантирует, что щеткодержатели будут установлены ровно.
Наконец, используйте Magnehone brush hood tool, чтобы приточить щеткодержатели.
Теперь пришло время подготовить моторные щетки. Используя гравер или кончик канцелярского ножа, отметьте верхнюю часть каждого щеткодержателя и каждой щетки, чтобы щетки всегда можно было установить в те же щеткодержатели в том же положении. Простые точки или косые черты подойдут как нельзя лучше. Установите Magnehone brush radius tool в статор и закрепите крышку винтами. Этот инструмент имеет два диаметра. Измерьте коллектор ротора с помощью штангенциркуля и используйте ту часть алмазного инструмента, которая ближе всего к диаметру коллектора. Используйте штифтовые тиски или пару хирургических зажимов, чтобы удерживать режущую поверхность инструмента в правильном положении (магнитное поле может вывести инструмент из этого положения), установите щетки в щеткодержатели и прижмите их пружинами. Обратите внимание, что каждая пружина имеет “ручную” форму и подходит только с одной стороны. Аккуратно поворачивайте инструмент так, чтобы он был направлен к щеткам. Работайте медленно, так как алмазный абразив быстро срежет материал щетки. После нескольких оборотов инструмента выньте щетку, чтобы проверить срез, и остановитесь, когда изогнутая поверхность щетки будет полностью обработана (см. левую щетку на рисунке; необработанная щетка – справа). Чрезмерная приточка приводит к потере длины щетки и сокращению срока службы. Если вы были точны при сборке щеткодержателей, то теперь на концах щеток будут вырезаны идеально отцентрированные дуги.
Осталось выполнить всего несколько задач, прежде чем приступить к сборке двигателя. Используя инструмент Magnehone armature tool, обработайте как коллекторный, так и распорный концы ротора. Опять же, это снижает вибрацию, обеспечивая точные поверхности соприкосновения с проставочными шайбами. Используя тыльную сторону острого канцелярского ножа, очистите пазы коллектора, чтобы удалить все медные частицы, которые могли остаться после изготовления коллектора на заводе.
Чтобы начать сборку двигателя, установите ротор в корпус, используя комбинацию шайб, которые позволяют ротору оставаться в центре магнитного поля. Если есть достаточно места, установите фенольную прокладку рядом с коллектором, которая будет выполнять функцию масляного экрана. Всегда используйте высококачественные шайбы для роторов; они могут быть изготовлены из бронзы или нержавеющей стали и доступны различной толщины. Это метод проб и ошибок. Работа завершена, когда после вращения ротор останавливается с очень небольшим зазором на каждом конце. Постарайтесь добиться полного зазора в 0,003-0,005 дюйма в двигателе с подшипниками скольжения. Когда зазор достигнет желаемого значения, установите крышку на статор с помощью четырех винтов.
Перед установкой щеток отполируйте их со всех четырех сторон на обратной стороне визитной карточки или на листе белой бумаги. Щетки для электродвигателей должны опускаться в щеткодержатели под действием собственного веса; любое прилипание или заедание в этом месте, безусловно, повлияет на производительность. Установите пружины щетки в правильном положении, следя за тем, чтобы короткая ножка каждой пружины плотно прилегала к щетке. Если это не так, аккуратно согните короткую ножку с помощью плоскогубцев до тех пор, пока это не произойдет. Наконец, с помощью Sonic Fiddlestick spring tension tool или аналогичного инструмента для натяжения пружин проверьте, чтобы натяжение пружин щетки было одинаковым на каждой пружине. Если это не так, замените одну пружину на другую, пока не будет достигнуто одинаковое натяжение.
На этом сборка двигателя завершена! Обязательно смажьте подшипники двигателя синтетическим маслом, если вы используете подшипники скольжения Slick 7. Нанесите небольшое количество масла на подшипник в крышке, чтобы масло не попало на коллектор. Запустите двигатель без нагрузки при низком напряжении (3-5 вольт) на 20-30 минут. Следите за температурой двигателя во время запуска; если он становится слишком теплым, выключите питание и дайте ему остыть, прежде чем продолжить. Обкатка завершена, когда поверхности щеток слегка изношены и полностью прилегают к поверхности коллектора.
Необходимо ли выполнять такой объем работ для создания чемпионских двигателей? Вероятно, нет. Но более чем вероятно, что гонщики, которые выигрывают неделю за неделей, собирают свои моторы аналогичным образом или платят за это кому-то другому. И мы, конечно, не будем никого винить, если они предпочтут купить готовый двигатель, а не выполнять эти утомительные и трудоемкие действия самостоятельно. Но если им нравится выигрывать…
George Shannon
для журнала «Slot Car Enthusiast»
1999 г.
Источник: slotblog.net
Перевод: Андрей Колегов