Systém VEX EDR má dva typy čelních ozubených kol, sadu ozubených kol a sadu vysokopevnostních ozubených kol (vizJak vybrat čelní ozubené kolo). Tato ozubená kola lze sestavit pro přizpůsobení přenosu výkonu, zvýšení točivého momentu nebo zvýšení rychlosti. Toho lze dosáhnout sestavením dvou nebo více ozubených kol dohromady na hnacích hřídelích tak, že zuby ozubených kol do sebe zapadají. Motor bude pohánět hnací hřídel jednoho z ozubených kol.
Převodové poměry
Jednoduché převodové poměry používají pouze jeden převod na hnací hřídel. Ozubené kolo, které poskytuje výkon nebo vstup, se nazývá hnací ozubené kolo a ozubené kolo, které se otáčí nebo je zodpovědné za výstup, se nazývá hnané ozubené kolo. Převodový poměr se vypočítá pomocí následujícího vzorce:
Podívejte se na animaci níže, kde vidíte příklad hnacího a hnaného ozubeného kola stejné velikosti, v tomto případě 60 zubů a 60 zubů.
Převodový poměr 1:1
Převodový poměr 1:1 znamená, že hnací kolo udělá jednu otáčku, aby hnané kolo dokončilo jednu otáčku. Tento převodový poměr poskytuje následující výhody:
- Vyvážené otáčky a kroutící moment: Protože poměr mezi hnacím a hnaným ozubeným kolem je stejný, nedochází k žádné změně rychlosti ani točivého momentu mezi dvěma ozubenými koly. Toto vyvážení je ideální pro aplikace, kde je nativní výkon motoru dostatečný.
- Přímý přenos výkonu: Tento převodový poměr zajišťuje, že výkon generovaný motorem je přímo přenášen na poháněnou součást bez jakýchkoli ztrát.
- Zjednodušený design: Převodový poměr 1:1 zjednodušuje mechanickou konstrukci robota a zjednodušuje proces návrhu a stavby.
- Předvídatelný výkon: Vzhledem k tomu, že vstupní a výstupní rychlost jsou totožné, je výkon robota předvídatelnější. To může být výhodné pro úkoly, kde je vyžadován konzistentní výkon, nebo kde je načasování úkolů zásadní.
Níže uvedený 3D model zobrazuje příklad převodového poměru 1:1. Hnací a hnané kolo mají stejný počet zubů (60T). Motor jednou otočí hnací kolo 60T, aby hnací kolo 60T dokončilo jednu otáčku.
Převodový poměr 5:1
Převodový poměr 5:1 znamená, že hnací kolo musí udělat pět otáček, aby hnané kolo dokončilo jednu otáčku. Tento převodový poměr poskytuje následující výhody:
- Zvýšený točivý moment: Točivý moment je rotační síla, kterou může motor aplikovat na součásti robota. Zvýšením točivého momentu může robot zvládnout těžší břemena a provádět úkoly, které vyžadují větší sílu, jako je zvedání a tlačení předmětů. Hnací kolo má méně zubů než hnané kolo, takže výstupní točivý moment je 5krát větší, zatímco výstupní rychlost je pouze 1/5.
- Snížené otáčky: Při zvýšení točivého momentu se sníží otáčky hnaného kola. Snížení rychlosti je výhodné pro úkoly, které vyžadují větší kontrolu a přesnost.
- Zlepšená účinnost motoru: Vyšší převodový poměr umožňuje motoru pracovat efektivněji. Tento převodový poměr může snížit opotřebení motoru a prodloužit životnost motoru.
- Přizpůsobení pro konkrétní úkoly: Tento převodový poměr lze integrovat s větším převodovým systémem, který umožňuje přizpůsobení výkonnostních charakteristik robota.
Prohlédněte si animaci a 3D model níže, kde najdete příklady mnohem menšího ozubeného kola pohánějícího mnohem větší ozubené kolo, v tomto případě 12 a 60 zubů.
Převodový poměr 1:5
Zvýšení rychlosti (vysoká rychlost) - U tohoto typu převodového poměru je cílem zvýšit rychlost z motoru, například z motoru na kolo. Hnací kolo má více zubů než hnané kolo. Například, pokud motor pohání ozubené kolo 60T k hnanému ozubenému kolu 12T na kole, tak když se hnací ozubené kolo 60T otočí jednou, hnané ozubené kolo 12T se otočí pětkrát (5)krát. Tomu se říká převodový poměr 1:5. V tomto případě je výstupní rychlost 5/1 krát větší, ale výstupní točivý moment je 1/5.
Prohlédněte si animaci a 3D model níže, kde uvidíte příklady mnohem většího ozubeného kola pohánějícího mnohem menší ozubené kolo, v tomto případě 60 a 12 zubů.
Ozubený vlak
soukolí se skládá ze série ozubených kol, které přenášejí pohyb a výkon z jedné části robota na druhou. Ozubená soukolí mění rychlost, točivý moment a směr rotačního pohybu. Ozubená soukolí se skládají z ozubených kol se zuby, které do sebe zabírají a přenášejí pohyb; hřídele, které drží ozubená kola na místě a umožňují jejich otáčení; a nákružky hřídele, které pomáhají držet všechny součásti na místě. Funkce ozubeného soukolí zahrnují následující:
- Nastavení rychlosti: Ozubená soukolí zvyšují nebo snižují rychlost otáčení; menší hnací ozubené kolo v záběru s větším hnaným ozubeným kolem snižuje rychlost, ale zvyšuje točivý moment, zatímco větší hnací ozubené kolo v záběru s menším hnaným ozubeným kolem zvyšuje rychlost, ale snižuje točivý moment.
Ozubená soukolí se používají k otáčení kol, která nejsou připojena k motoru, jak je znázorněno na dvou 3D modelech níže.
Zvláštní poznámky
Převodové poměry pro systémy řetězových kol a řetězů fungují stejně jako převodové poměry. Systémy řetězových kol a řetězů mají tu výhodu, že řetězová kola mohou být umístěna ve více vzdálenostech od sebe, protože jsou spojena řetězem. Články řetězu se však mohou zlomit s menší silou, než může prasknout zub na vysokopevnostním ozubeném kole. Aby byl robot plně funkční, bude nutné opravit oba typy poškození.
Mezi hnací a hnané kolo lze v jednoduchém převodovém poměru umístit libovolný počet ozubených kol libovolné velikosti a převodový poměr se nemění. Například ozubené kolo 12T pohání ozubené kolo 36T, které pohání ozubené kolo 60T, převodový poměr je stále 5:1, stejný, jako kdyby bylo ozubené kolo 60T poháněno přímo ozubeným kolem 12T.
Rychlost
Rychlost otáčení je, jak rychle se něco otáčí. Obvykle se měří v otáčkách za minutu neboli RPM. Například hřídel motoru V5 Smart se může otáčet rychlostí 100 otáček za minutu nebo 100 ot./min. Převodový poměr může měnit rychlost otáčení výstupu. V tomto článku je převodový poměr zapsán jako hnané kolo : hnací kolo.
Pokud se použije převodový poměr 1:5, hnací kolo s 60 zuby otáčí hnaným kolem s 12 zuby. Protože je hnané ozubené kolo menší, otáčí se 5krát rychleji než hřídel motoru. Pokud se hřídel motoru otáčí rychlostí 100 ot/min, 12zubé hnané kolo se bude otáčet rychlostí 500 ot/min.
Pokud se použije převodový poměr 5:1, hnací kolo s 12 zuby otáčí hnaným kolem s 60 zuby. Protože je hnané ozubené kolo větší, otáčí se 5krát pomaleji než hřídel motoru. Pokud se hřídel motoru otáčí rychlostí 100 ot/min, poháněné ozubené kolo s 60 zuby se bude otáčet rychlostí 20 ot/min.
To pomáhá vysvětlit, proč nejrychlejší převodový poměr není vždy tou nejlepší volbou. Rychlejší robot může znít lépe, ale pokud se kola nebo rameno pohybují příliš rychle, může být jeho ovládání obtížnější. Pomalejší převodový poměr může usnadnit ovládání a zvýšit přesnost pohybu.
Točivý moment
Točivý moment je krouticí síla, která pomáhá otáčet něčím, například kolem, ozubeným kolem nebo robotickým ramenem. Motory mohou vyvinout pouze určitý točivý moment. Převodový poměr může také ovlivnit točivý moment na výstupu.
Pokud se použije převodový poměr 1:5, hnací kolo s 60 zuby otáčí hnaným kolem s 12 zuby. Díky tomu se výstupní otáčení zrychlí, ale také se tím sníží výstupní točivý moment na 1/5 točivého momentu motoru. Například pokud motor vyvíjí točivý moment 1 Nm, výstupní točivý moment bude 0,2 Nm.
Pokud se použije převodový poměr 5:1, hnací kolo s 12 zuby otáčí hnaným kolem s 60 zuby. Díky tomu se výstupní otáčení zpomalí, ale výstupní točivý moment se zvýší na 5násobek točivého momentu motoru. Například pokud motor produkuje točivý moment 1 Nm, výstupní točivý moment bude 5 Nm.
Točivý moment je dalším důvodem, proč nelze vždy použít nejrychlejší převodový poměr. Pokud je robot zaměřen na vyšší rychlost, má menší točivý moment. To znamená, že robot nemusí dobře tlačit, nemusí být schopen zvednout rameno nebo se dokonce pohybovat tak, jak chcete. Například robot s větším točivým momentem může být lepší v tlačení jiného robota. Robotické rameno může také potřebovat větší točivý moment ke zvedání herních objektů nebo k přesunu vlastní hmotnosti. V takových případech je lepší volbou převodový poměr, který zvyšuje točivý moment.
Otáčky a točivý moment motoru V5 Smart lze měřit pomocí ovládacího panelu motoru
Robotická realita
Naštěstí převodové poměry použité s návodem na sestavení pro sestavení V5 ClawBot jsou dostatečné k tomu, abyste mohli začít navrhovat vlastní roboty. Mnoho hnacích ústrojí funguje dobře díky přímému pohonu hřídelí kol nebo řetězových kol pomocí inteligentního motoru V5 se zelenou převodovou kazetou V5 s rychlostí 200 ot./min. Pokud však konstrukce v konstrukci, jako je věž nebo sání herních prvků, potřebuje být umístěna tam, kde je umístěn motor, lze použít přenos síly pomocí řetězových kol a řetězu nebo ozubených kol, jak je vysvětleno výše. Pro většinu ramen je převodový poměr se zvýšením točivého momentu 7:1 vysvětlený výše dostačující pohonem převodu 12T motorem s 200 otáčkami za minutu a připojením hnaného převodu 84T k ramenu. Čím důležitější je konkurenční výhoda, tím důležitější je nalezení rovnováhy mezi rychlostí a točivým momentem. Toho lze dosáhnout použitím motoru V5 Smart s jednou ze tří dostupných převodových kazet V5 (červená: 100 ot./min, zelená: 200 ot./min., modrá: 600 ot./min.) a v případě potřeby kombinací motoru s převodovým poměrem pro zvýšení točivého momentu nebo převodový poměr pro zvýšení rychlosti.
Ozubená kola a další pohyblivé součástky lze zakoupit v obchodě VEX Robotics Store.