Co naprawdę oznacza „nominalne przyciąganie”
Liczba podawana w ofercie magnesu to zwykle siła przyciągania mierzona prostopadle do grubej, płaskiej, szlifowanej płyty stalowej bez szczeliny powietrznej. Twój projekt prawie nigdy tak nie wygląda. Warstwa plastiku drukowanego o grubości 1 mm między magnesem a stalą, cienka blacha stalowa pomalowana zamiast grubej płyty albo obciążenie, które przesuwa się na boki zamiast odrywać prosto — każde z tych czynników zmniejsza siłę utrzymania, często drastycznie.
Obciążenie boczne ma największe znaczenie w codziennych konstrukcjach. Magnetyczna listwa na narzędzia na ścianie przenosi narzędzia na ścinanie, a odporność na poślizg zależy głównie od tarcia między powierzchniami. Producenci zwykle podają, że utrzymanie przy ścinaniu stanowi ułamek nominalnego przyciągania — często około jednej piątej do jednej czwartej na gołej stali. Magnesy garnkowe w gumowej osłonie istnieją właśnie po to, by zwiększyć to tarcie.
Gatunki, temperatura i dlaczego magnes osłabł
Magnesy neodymowo-żelazowo-borowe ogłoszono w 1984 roku; rozwijano je równolegle w General Motors i w Sumitomo Special Metals, gdzie pracami kierował Masato Sagawa. Oznaczenia gatunków — N35, N42, N52 — odnoszą się do maksymalnego iloczynu energii w megagaussach-erstedach. Wyższe gatunki są silniejsze przy tym samym rozmiarze, ale to nie jedyny czynnik: nieco większy magnes N35 może przewyższyć mniejszy N52.
Ciepło to cichy powód awarii. Standardowe magnesy gatunków N są zwykle przystosowane do około 80 °C. Jeśli przykleisz jeden do części znajdującej się w pobliżu podgrzewanego stołu drukarki, grzejnika lub stacji lutowniczej, może on trwale stracić moc. Gatunki z oznaczeniem literowym (M, H, SH i wyższe) znoszą wyższe temperatury. Jeśli konstrukcja pracuje w pobliżu ciepła, sprawdź kartę katalogową, a nie nazwę w ofercie.
Ustawianie: magnesy jako elementy pozycjonujące
Para magnesów zwróconych do siebie biegunami przeciwnymi spełnia dwie funkcje naraz: trzyma i centruje. Pokrywki wskakują na miejsce, moduły zatrzaskują się na płycie bazowej, a wymienne głowice narzędzi same znajdują swoje położenie bez kołków. Dla lepszej powtarzalności połącz magnesy z układem kinematycznym — trzema kulkami w trzech rowkach V, pomysłem kojarzonym z Jamesem Clerkiem Maxwellem — i pozwól magnesowi zapewnić jedynie napięcie wstępne. Kulki ustalają położenie, magnes trzyma.
Minimalizuj szczelinę. Ustaw magnesy równo z powierzchnią lub za najcieńszą ścianką, jaką potrafisz wiarygodnie wydrukować. Stalowa podkładka jako element docelowy jest tańsza niż drugi magnes i pozwala uniknąć błędów z biegunowością.
Użyj par magnesów lub par magnes–stożek, aby części same się centrowały. Naprzemienne biegunowości we wzorze mogą tworzyć połączenie, które domyka się tylko w jednym położeniu.
Zwalnianie jest najłatwiejsze przez odchylenie lub przesunięcie, a nie przez odrywanie prosto. Dźwignia z wypustem lub obracająca się krzywka, która zwiększa szczelinę, zwalnia mocny magnes siłą palców.
Układy Halbacha: jedna mocna strona
Ułóż magnesy tak, aby ich magnesowanie stopniowo obracało się wzdłuż rzędu, a pole wzmacniało się po jednej stronie i w dużej mierze znosiło po drugiej. John Mallinson opisał ten jednostronny efekt w 1973 roku, a Klaus Halbach opracował układy takich magnesów do akceleratorów cząstek w Lawrence Berkeley Laboratory. W domowych projektach mały układ za panelem może mocno trzymać od przodu, pozostając słabym z tyłu, co jest wygodne w pobliżu elektroniki. Najtrudniejszy jest montaż, bo magnesy się przeciwstawiają, więc użyj wydrukowanego przyrządu i dociskaj każdy magnes podczas pracy.
Powłoki, korozja i bezpieczeństwo
NdFeB łatwo koroduje, dlatego większość magnesów ma powłokę nikiel-miedź-nikiel. Jeśli ją uszkodzisz przez wciskanie na wcisk lub szczypcami, może zacząć się rdza, zwłaszcza w kuchni i łazience. Zamiast siłą wciskać magnesy, przyklej je w lekko powiększonych gniazdach.
Małe, mocne magnesy stwarzają poważne zagrożenie połknięciem: dwa magnesy przyciągające się przez ściany jelit mogą spowodować ciężkie obrażenia. Trzymaj luźne magnesy z dala od dzieci i zwierząt, w gotowych projektach całkowicie je zamykaj i nie zbliżaj mocnych magnesów do rozruszników serca i innych wszczepionych urządzeń medycznych. Duże magnesy mogą mocno przytrzasnąć skórę i spowodować urazy.
Wymiary poglądowe — nie zweryfikowane pomiary projektu
W naszym prototypie uchwytu na kabel użyliśmy krążka 10 × 3 mm za wydrukowaną osłonką o grubości 0,6 mm. Sprawdziło się to przy kablu do telefonu, ale nie utrzymałoby kostki od ładowarki do laptopa.
Tryby awarii, których można się spodziewać
Magnes wypada z gniazda
Przyciąganie do pary magnesu jest silniejsze niż chwyt kleju lub wcisku. Użyj zamkniętego gniazda: wydrukuj przerwę, włóż magnes i zakryj go, albo zastosuj oporową krawędź z tyłu.
Magnes wklejony odwrotnym biegunem
Przed montażem zaznacz jedną stronę każdego magnesu długopisem, korzystając z magnesu wzorcowego. Zajmuje to dziesięć sekund i oszczędza ponowny wydruk.
Siła chwytu słabnie po miesiącach
Sprawdź, czy magnesy nie były narażone na ciepło, czy pod odpryśniętą powłoką nie pojawiła się korozja i czy w szczelinie nie gromadzi się kurz. Najpierw oczyść powierzchnie; wymień magnes, jeśli jego siła naprawdę spadła.
Części się przesuwają, mimo że „trzymają”
Obciążenie działa na ścinanie. Dodaj tarcie (gumę, teksturowaną powierzchnię) albo mechaniczny występ, który przenosi ciężar, podczas gdy magnes tylko przeciwdziała przewracaniu.
„Niech geometria przenosi obciążenie, a magnes zapewni zamiar.”Notatki z warsztatu Puff Tinker Puzzle