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:
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 obrázek 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.
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. Pokud například motor pohání ozubené kolo 60T na hnané ozubené kolo 12T na kole,, když se hnací ozubené kolo 60T otočí jednou, hnané ozubené kolo 12T se otočí pět (5)krát. Toto je známé jako převodový poměr 1:5. V tomto případě je výstupní rychlost 5/1 krát větší, ale výstupní točivý moment je 1/5.
Prozkoumejte následující grafiku, abyste viděli každý úhel převodového poměru 1:5.
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.
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 udává, jak rychle se předmět otáčí. Například hřídel motoru V5 Smart Motor se může otáčet 100 otáčkami za minutu nebo 100 ot./min. Jak bylo vysvětleno výše, pokud je použit převodový poměr 5:1, 60 zubové hnací kolo se otáčí hřídelí motoru a poté se otáčí 12 zubové hnané kolo, 12 zubové kolo se bude otáčet rychlostí 5x vyšší. S použitím výše uvedeného příkladu se 12zubé kolo bude otáčet rychlostí 500 ot./min v porovnání se 100 ot./min. hřídele motoru. Pokud je použit převodový poměr 1:5, 12zubé hnací kolo se otáčí hřídelí motoru a poté se otáčí 60zubové hnané kolo, 60zubové kolo se bude otáčet rychlostí 1/5 rychleji. Znovu použijeme-li výše uvedený příklad, 60zubové kolo se bude otáčet rychlostí 20 ot./min v porovnání se 100 ot./min. hřídele motoru.
Proč by se tedy vždy nepoužil nejrychlejší možný převodový poměr? Zdálo by se, že čím rychleji by se robot mohl pohybovat, tím by byl konkurenceschopnější. Prvním důvodem je, že existuje vyšší rychlost, při které lze ovládat funkce robota. Pro několik příkladů, pokud je funkcí robot jezdící kolem, pokud se kola otáčejí příliš rychle, může být velmi obtížné ovládat. Pokud je funkcí rameno otáčející se nahoru a dolů, pokud se otáčí příliš rychle, může být také obtížné jej ovládat.
Točivý moment
Točivý moment je množství síly potřebné k otočení nákladu na určitou vzdálenost. Motory mají omezené množství točivého momentu. Pokud například motor V5 Smart produkuje točivý moment 1 Nm (newtonmetry), při použití převodového poměru 5:1 bude hnané 12 zubové kolo vydávat ⅕ vstupního točivého momentu motoru, výstup bude 0,2 Nm a Převodový poměr 1:5, ozubené kolo s 60 zuby bude mít na výstupu 5násobek vstupního točivého momentu motoru, výstup bude 5 Nm.
Kroutící moment je druhým důvodem, proč při navrhování robota nelze vždy použít nejrychlejší možný převodový poměr. Je možné, že při použití zvýšeného převodového poměru k rychlejšímu pohonu kol robota může převodový poměr překročit dostupný točivý moment z motoru a robot se nebude pohybovat tak rychle nebo se nebude pohybovat vůbec. Je také možné, že pokud budou spolupracovat dva roboti, kteří mají téměř stejnou konstrukci, robot s hnacím ústrojím s nižším převodovým poměrem bude pravděpodobně schopen tlačit robota s hnacím ústrojím s vyšším převodovým poměrem, protože robot s nižším převodovým poměrem bude mít větší točivý moment. Dalším příkladem je, že se rameno nemusí otáčet, i když je přímo připojeno k hřídeli, která je vložena do motoru, protože jeho otáčení může překročit dostupný točivý moment motoru. V tomto případě je třeba použít převodový poměr se zvýšením točivého momentu, aby se zvýšil výkon točivého momentu motoru a překročilo množství točivého momentu, který je potřebný k otáčení ramene.
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 pohybový hardware lze zakoupit na adrese https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.