Вентилятор с крестообразными лопастями: настольный вентилятор из WeDo 2.0

Лопасти гонят воздух, только пока крутятся быстро. Голове нужно обратное: она должна ползти, иначе поток будет метаться и нигде не задержится. Мотор один.

Движения расходятся у самого носа. На валу мотора — чёрная шестерня на двадцать зубьев, с ней сцеплена двенадцатизубая на длинной оси. Ось проходит голову насквозь и выходит вперёд, на неё и садится крест с лопастями — ротор. Большая шестерня крутит меньшую, поэтому ротор идёт быстрее мотора — на три его оборота ротор отвечает пятью. Вентилятору нужна скорость: тянуть лопастям нечего, кроме воздуха.

Эта же ось уходит другим концом назад, внутрь корпуса. Там начинается медленная половина.

Ближе к хвосту на ту же ось надет серый винт с крупной резьбой — червяк. Сбоку с ним сцеплено зубчатое колесо, ось которого лежит поперёк.

Виток у червяка один. За целый свой оборот винт подводит к колесу ровно один новый зуб — на один зуб колесо и проворачивается, не больше. Сколько у колеса зубьев, во столько раз оно медленнее вала. Посчитайте зубья на колесе своей модели — это и есть передаточное число.

Обычной паре шестерён такое замедление даётся дорого: второе колесо пришлось бы сделать во столько же раз крупнее первого, и в голову вентилятора оно бы не влезло. Червяк укладывает ту же работу в две детали и заодно разворачивает движение на прямой угол — вал лежит вдоль головы, колесо крутится поперёк.

Есть у червячной пары и обратное свойство: назад усилие через неё обычно не проходит, колесо не может раскрутить винт. На этом держат подъёмные столы и створки ворот — мотор выключили, а нагрузка передачу не отматывает.

Колесо крутится медленно, но всё равно по кругу, а голове нужно туда и обратно.

Превращают одно в другое две детали: диск со штифтом и шатун. Медленное вращение уходит по двум красным резинкам на соседнюю ось в хвосте головы. Резинки — ещё и предохранитель: придержите голову рукой, и они просто проскользнут. На той же оси сидит прозрачно-голубой диск с отверстиями по краю, и чёрный штифт вставлен не в центральное отверстие, а в крайнее. Диск делает оборот — штифт обходит круг. Это кривошип.

От штифта вниз идёт шатун: чёрная ось в двух белых муфтах. Нижним концом он надет на второй штифт, в зелёной балке, а балка стоит на мачте и не двигается. Дальше всё делает геометрия: штифт уходит по кругу вперёд, шатун упирается в неподвижную мачту, и голова разворачивается на своём подшипнике. Пошёл штифт назад — голова вернулась. Подшипник тут простой до смешного: прозрачный круглый кирпичик стоит в квадратном вырезе серой пластины 4×4 и проворачивается в нём, касаясь четырёх углов.

В настоящем вентиляторе цепочка та же. Червяк сидит на заднем конце вала мотора и крутит червячное колесо, от колеса вращение приходит на кривошипную пластину, а шатун от неё держится за неподвижную шею — эта цепочка повторяется из патента в патент. То же самое стоит у вас на столе, только из кирпичиков.

Крест из четырёх лопастей можно раскрутить как угодно быстро и не сдвинуть ни грамма воздуха. Лопасть, идущая ребром, рассекает воздух и оставляет его на месте. Крутится — и всё.

Поэтому каждая лопасть посажена на оранжевый шаровой шарнир и поворачивается вокруг своей длинной оси. На предпоследнем шаге инструкция рисует четыре стрелки и подпись «~30°»: лопасти разворачивают, и все в одну сторону. Развёрнутая лопасть встречает воздух углом и отбрасывает его назад, как весло.

Угол легко проверить на опыте. Разверните две лопасти в одну сторону, две — в другую и включите мотор: поток почти пропадёт, потому что половина креста будет гнать воздух вперёд, а половина назад.

Перед лопастями пусто. У вентилятора на столе там решётка, и появилась она не сразу: у первого электрического вентилятора, который Скайлер Скейтс Уилер собрал в 1882 году, было две лопасти и никакого ограждения. Качание добавили ещё позже, уже в начале XX века.

Сзади у настольного вентилятора торчит кнопка или ручка: вытянул — голова качается, вдавил — стоит и смотрит в одну сторону. Внутри она расцепляет медленную половину передачи, а лопасти продолжают крутиться. В модели такой кнопки нет: качание включается вместе с мотором и с ним же выключается.

Решётки у модели тоже нет, а лопасти длинные и на ходу почти не видны. Стол вокруг вентилятора стоит освободить — и запускать его на малой мощности.

Узлов в сборке три. Сначала голова: корпус из лаймовых, голубых и оранжевых кирпичиков, внутрь — длинная ось с шестернёй и червяком, сверху смарт-хаб и мотор. Потом стойка: крестовина из четырёх балок и мачта. Белые зубчатые рейки на лучах крестовины ни с чем не сцеплены, это отделка. Последним собирают ротор.

Червяк с колесом требуют аккуратности. Они должны стоять вплотную и без перекоса: разойдутся на полшага — зубья начнут проскакивать, и качание пойдёт рывками.

Прозрачный круглый кирпичик в квадратном вырезе — это подшипник головы. Проверните его пальцем, пока голова ещё не стоит сверху: он должен ходить свободно, без закусывания.

Ротор стоит собрать симметрично. Лопасти длинные, и если одна сядет глубже других, крест будет бить, а мачта — заметно трястись на ходу.

Из электроники нужны смарт-хаб и мотор, оба есть в базовом наборе РобоГуру 2.0; второй набор докупать не придётся. Датчиков модель не использует, поэтому программа выходит короткая: включить мотор, задать мощность, выключить. Собирается она в бесплатном приложении WeDo 2.0 на планшете или телефоне.