Cơ cấu lên phim bằng cần gạt tự hồi cho camera phim in 3D

Mình bị viêm khớp nên mình muốn cơ cấu lên phim kiểu cần gạt (lever action) thay vì núm vặn, và mình cũng muốn cái cần tự động quay về vị trí nghỉ sau mỗi lần gạt, giống như các roll film back thương mại mà mình đang có.

Mục tiêu thiết kế đó đồng nghĩa mình cần một lò xo hồi dạng xoắn (torsion return spring) để kéo cần về vị trí ban đầu mỗi lần gạt. Để cuốn phim cho đúng lực căng và chiều cuốn, mình muốn truyền động lên phim theo chiều ngược kim đồng hồ (counter-clockwise). Vì vậy lò xo phải là loại right hand wound spring để khi kéo cần ra thì nó nén lại và tích năng lượng. Tiêu chí tiếp theo là hành trình cần mỗi lần gạt khoảng 110–120 độ, nên cần một lò xo có góc nén (compression angle) tối thiểu cũng phải 110–120 độ.

Phần khó nhất là tìm được một lò xo có sẵn trên thị trường mà vừa đủ mô-men xoắn, góc nén phù hợp, và phần đầu lò xo phù hợp để gắn vào cụm mà khỏi phải chế cháo nhiều. Mình tìm được một lò xo thép dải cuộn xoắn theo chiều phải trên Amazon, có một đầu thẳng dài 11mm có thể cố định vào một rãnh trên tay cầm cần gạt, và một đầu móc có thể tì vào một boss để ngăn lò xo xoay khi kích hoạt cần. Thiết kế boss chừa đủ không gian nén để cho phép xoay 120 độ.

Lò xo hồi cần gạt này là lò xo thay thế cho tay nắm cửa. Một gói 3 cái giá khoảng 12 đô Canada. Tên sản phẩm là “SeroNi 3Pcs Replacement Spring for Door Knob Handle Lever Latch Internal Coil Repair Spindle Lock Torsion Spring Flat Section Wire.”

https://www.amazon.ca/Replacement-Internal-Spindle-Torsion-Section/dp/B0CDSJR2G9

Để thiết kế dễ tiếp cận hơn, mình cũng cần thiết kế một pawl và ratchet gear in 3D để truyền chuyển động quay của cần sang một trục trong ở giữa (inner spindle) tạo bởi một hex coupling. Khác với thiết kế single pawl cố định của Javier, pawl của mình phải có thể xoay tự do cùng cụm lever/knob theo cả chiều kim đồng hồ và ngược kim đồng hồ. Vì dùng chi tiết in 3D nên mình chọn cặp pawl đối xứng (opposing twin pawls) để tăng độ bền và chia đều lực tác dụng lên ratchet gear. Mình cũng thiết kế ratchet gear chắc hơn các đề xuất khác cho thiết kế này: bánh răng sâu và bản rộng, rãnh khớp tương ứng.

Pawl giờ nằm trong núm (knob) thay vì nằm trong thân, nhưng kiểu housing âm (recessed housing) vẫn gần như tương tự. Mình đặt thân pawl vào một ổ dạng vòng tròn (circular bearing socket) để dẫn hướng chuyển động quay của pawl và giúp giữ chúng đúng vị trí. Mình cũng thêm một cái nắp (cap) có các gờ/rãnh nhô ra (protruding races) để giữ pawl tại chỗ.

Về lò xo cho pawl, mình dự định dùng một vật liệu polyurethane foam dạng elastomeric, ô mở, dày 2mm tên là poron. Nhưng mọi người cũng có thể dễ dàng kiếm lò xo nhỏ. Poron foam có bán online nhiều độ dày; mình mua từ một nhà cung cấp vật tư chỉnh hình (orthotics). Lò xo của pin AAA cũng có thể cắt ngắn để dùng.

Thiết kế này cần thêm vài món không in được, nhưng cũng dễ mua trên Amazon với giá rẻ.

Hex coupling nut là M3 x 30mm coupling nut. Kích thước ngoài là 6mm. Mua ở đâu cũng có. Bạn có thể mua 50 cái dưới $20 trên Amazon. Bạn cũng có thể tìm với cụm từ “Brass Pillar Female Threaded Spacer Nuts Standoff Nuts for Circuit Board” cỡ M3 x30mm.

Và 2 con vít M3, mình thích loại cap screws. Một con cần 12mm và con còn lại mình nghĩ 8mm. Đầu vít thường đường kính 5.5mm và khả năng cao cần chà nhám/mài xuống 5mm để dễ lắp vào đầu cuộn phim (film spool ends).

Dưới đây là các phần không in được:

Nguyên lý là có một trục giữa (center spindle) gồm một hexagon coupling nut dài 30mm, một đầu gắn ratchet gear, đầu còn lại gắn film spool drive spur. Coupling nut đi xuyên qua một lỗ trên nắp (lid body) và hai chi tiết ở hai đầu trục sẽ giữ cho cả cụm bị “kẹp” trong nắp.

Cụm gồm: cần truyền động (drive lever), lò xo hồi (return spring), cụm pawl truyền động (drive pawl assembly) và nắp camera nơi trục đi qua. Cụm cần được giữ vị trí nhờ nắp, đai ốc đẩy cuộn phim (film spool advance nut) và ratchet gear của trục. Cần có thể xoay tự do theo cả hai chiều quanh trục giữa nhờ cách bố trí ratchet gear, drive pawls và pawl springs; tuy nhiên drive pawls chỉ cho phép trục xoay theo chiều ngược kim đồng hồ. Khi kéo cần theo chiều ngược kim đồng hồ, drive pawls sẽ ăn khớp ratchet gear và quay trục theo chiều ngược kim đồng hồ.

Khi thả cần, lò xo hồi torsion sẽ đẩy cần xoay theo chiều kim đồng hồ để quay về vị trí gốc. Khi cụm cần xoay theo chiều kim đồng hồ, các pawl sẽ trượt lên mặt nghiêng của răng bánh răng và pawl springs bị nén; sau khi pawl trượt qua khỏi một răng, lò xo đẩy pawl xuống đáy răng rồi pawl lại trượt lên mặt răng tiếp theo. Quá trình lặp lại cho đến khi lò xo nhả hết lực căng đã tích.

Lò xo hồi được giữ đúng vị trí nhờ một rãnh trên tay cầm cần gạt và nhờ một boss trên nắp camera để ngăn lò xo xoay tự do quanh hex coupling.

Trên nắp còn có một boss tròn đường kính 30mm, cao 2mm, và bên dưới cần có một rãnh âm tương ứng. Boss này đóng vai trò làm chốt/pivot cho cần, còn rãnh ở mặt dưới cần đóng vai trò như một light trap phụ, vì có dư phòng thì vẫn tốt.

Lắp lò xo vào tay cầm.

Lắp film spool feed nut vào một đầu của hex coupling. Đẩy hex nut xuyên qua nắp từ mặt dưới. Đặt cần lên trên hex nut và đặt lên boss ở mặt trên của nắp. Dùng tua vít nhỏ để đảm bảo đầu móc của lò xo tì đúng vào boss trên như trong hình.

Lắp ratchet gear vào hex nut. Lắp các pawl vào hốc của chúng (nếu cần thì dùng nhíp) và lắp pawl springs.

Lắp nắp cap dạng snap-fit. Nó nên khít, nhưng có thể dán nếu bạn dùng Loctite cho các con vít trong hex nut.