Let`s Cartesian battle begin! Часть вторая, лирическая: «А в попугаях я гораздо длиннее!» (с)

В предыдущем материале я попытался проанализировать особенности картезианских кинематик и подвести какой-то промежуточный итог. Итога особо не получилось, поэтому захотелось продолжить. Начну с анализа и обобщения, а потом постараюсь закрепить результат каким-нибудь безапелляционным заявлением.

Поехали.

На этот раз обсудим ремни, как движущую силу революции.

Очевидно, что чем короче ремни, и чем меньше на них изгибов, тем точнее и аккуратнее будет работать привод, и тем дольше будут жить эти ремни без необходимости замены/регулировки.

Измерим условия работы ремней в абстрактных попугаях. Все коэффициенты увеличивают значение, чем больше цифра, тем большие страдания испытывает ремень. Чтобы показаться умными и начитанными, будем считать угол поворота в радианах. Для тех, кто в гробу видел тригонометрию: угол 360 градусов равен 2*π радиан, 180 = π, 90 = π/2. Для тех, кто не знает, что такое «π» – это и есть наши героические πопугаи, героически πреодолевающие трудности.

H-bot: Ремень длиной 1.5 периметра, 4 разворота на 180 градусов и 4 поворота на 90. Итого 1.5*(4*π+4*(π/2))=9 πопугаев на всю кинематику. Хотелось бы добавить этому ремню понижающий коэффициент за одиночество, но не буду, ему и без этого тяжело живётся.

CoreXY: Два ремня, каждый длиной 1 периметр, каждый имеет 1 разворот на 180 градусов и 4 поворота на 90 градусов. Итого 1*(π+4*(π/2))=3 πопугая на 1 ремень. Так как ремни не помогают друг другу, а сражаются каждый за себя, то получаем 3+3=6 πопугаев на всю кинематику.

Ultimaker: Четыре ремня, каждый длиной 1/2 периметра, каждый имеет 2 разворота на 180 градусов. Итого 1/2*(2*π)=1 πопугай на 1 ремень. Поскольку ремни дружат парами против каждой оси, суммарная нагрузка на ось делится между ними. Получаем π/2 на ось, π/2+π/2=1 πопугай на всю кинематику.

Makerbot: Три ремня, каждый длиной 1/2 периметра, каждый имеет 2 разворота на 180 градусов. Итого 1/2*(2*π)=1 πопугай на 1 ремень. Учитывая, что ремни продольной оси работают в паре, но при этом таскают не только поперечную балку с экструдером, но и мотор поперечной оси, никакого бонуса от совместной работы они не получат. В итоге получим 1π+1π+1π=3 πопугая на всю кинематику.

Вот теперь всё более-менее понятно. По степени героичности наши кинематики распределились так:

1 место: H-bot = 9 π.

2 место: CoreXY = 6 π.

3 место: Makerbot = 3 π.

4 место: Ultimaker = 1 π.

Теперь очевидно, что при всей кажущейся простоте и дешевизне конструкции, H-bot самый несчастный. А если добавить к этому ещё и проблемы с перекосом поперечной балки, то вообще непонятно, зачем кто-то, будучи в здравом уме, продолжает издеваться над мирозданием, создавая принтеры на этой кинематике.

Второй герой нашего обзора – CoreXY. Лишён проблемы с поперечной балкой, но взамен получил неустранимое генетическое уродство в виде перекрещивающихся ремней, длина каждого из которых так же на втором месте из всего списка. Коэффициент страдания меньше, чем у H-bot, но всё равно больше, чем у остальных.

Третье место Makerbotа говорит только о более низком расчётном коэффициенте нагрузки на ремни, чем у двух предыдущих кинематик, но это никак не отменяет его главной проблемы – переутяжелённой поперечной балки. Скорее всего, ремням продольной оси живётся в этом принтере ничуть не легче, чем одинокому мученику из H-botа, поэтому будем продолжать подозревать Makerbotа в несостоятельности.

Последнее место (по сути первое, если считать от обратного) занимает Ultimaker. Суммарная длина его ремней такая же, как у CoreXY, но те два страдальца явно завидуют четырём бездельникам Ultimakerа, которые чувствуют себя как на курорте. Наименьшие нагрузки и работа в паре делают эти ремни практически бессмертными.

Подводя итог, можно однозначно сказать, что лучшая схема работы ремней у кинематики Ultimaker, и за основу «идеального сферического коня» нужно брать именно её. При этом я однозначно осуждаю пижонство разработчиков Ультимейкера, демонстративно использующих валы идеального качества и заоблачной цены, установленные в корпус с прецизионной точностью, и двойное назначение валов, вынуждающих использовать безальтернативные конструктивные решения в виде втулок для боковых кареток. Рельсовые направляющие, несомненно, тоже могут быть очень дорогими, но как показала практика, есть вполне демократичные варианты с приемлемым уровнем качества.

Учитывая, что для создания механики с перекрещивающимися балками достаточно трёх рельсовых направляющих, и трёх обычных прямых железок (см. предыдущий материал), получается не так уж и дорого в сравнении с шестью валами высшего класса точности, подшипниками класса не менее ABEC-5(7) и втулками с микронным зазором.

В целом, общие черты коня-Франкенштейна обрисовались, дело за малым – потратить определённое время и нарисовать всё в виде 3Д-модели. Как только это будет сделано, продолжу.