Verwendung von Übersetzungsverhältnissen mit dem V5-Motor

Das VEX EDR-System verfügt über zwei Arten von Stirnrädern: das Gear Kit und das High Strength Gear Kit (sieheSo wählen Sie ein Stirnrad aus). Diese Zahnräder können zur Kraftübertragung, zur Erhöhung des Drehmoments oder zur Erhöhung der Geschwindigkeit montiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zwei oder mehr Zahnräder so auf Antriebswellen montiert werden, dass ihre Zähne ineinander greifen. Ein Motor treibt eine der Antriebswellen der Zahnräder an.

Einfache Übersetzungsverhältnisse

Einfache Übersetzungsverhältnisse verwenden nur ein Zahnrad pro Antriebswelle und können zur Kraftübertragung, zur Erhöhung des Drehmoments oder zur Erhöhung der Geschwindigkeit verwendet werden. Das Zahnrad, das die Leistung oder den Antrieb liefert, wird als Antriebsrad bezeichnet, und das Zahnrad, das gedreht oder ausgegeben wird, wird als angetriebenes Zahnrad bezeichnet.

Kraftübertragung – Bei dieser Art von Übersetzungsverhältnis besteht das Ziel darin, die Kraft von einem Ort zum anderen zu übertragen, beispielsweise von einem Motor auf ein Rad, das nicht direkt am Motor befestigt ist. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad haben die gleiche Zähnezahl. Beispielsweise treibt der Motor ein Zahnrad mit 60 Zähnen (60 Zähne) zu einem angetriebenen Zahnrad mit 60 Zähnen an einem Rad an. Der Motor dreht das 60T-Antriebsrad einmal und dreht das 60T-Abtriebsrad am Rad einmal. Dies wird als 1:1-Verhältnis bezeichnet.

Drehmoment erhöhen (niedrige Geschwindigkeit)– Bei dieser Art von Übersetzungsverhältnis besteht das Ziel darin, das Drehmoment vom Motor, beispielsweise von einem Motor auf einen Arm, zu erhöhen. Das Antriebsrad hat weniger Zähne als das Abtriebsrad. Wenn beispielsweise ein Motor ein 12T-Zahnrad zu einem angetriebenen 60T-Zahnrad an einem Arm antreibt, muss sich das 12T-Antriebszahnrad fünfmal drehen, um das 60T-Abtriebszahnrad einmal zu drehen. Dies wird als 5:1-Verhältnis bezeichnet. Die Drehmomentabgabe ist fünfmal so hoch, die Drehzahlabgabe jedoch nur 1/5.

Geschwindigkeit erhöhen (hohe Geschwindigkeit) – Bei dieser Art von Übersetzungsverhältnis besteht das Ziel darin, die Geschwindigkeit vom Motor zu erhöhen, beispielsweise von einem Motor zu einem Rad. Das Antriebsrad hat mehr Zähne als das Abtriebsrad. Wenn beispielsweise ein Motor ein 60T-Zahnrad zu einem angetriebenen 12T-Zahnrad an einem Rad antreibt, dreht sich das 12T-Antriebszahnrad fünf (5) Mal,sich das 60T-Antriebszahnrad einmal dreht. Dies wird als 1:5-Übersetzungsverhältnisbezeichnet. In diesem Fall ist die Drehzahlabgabe 5/1-mal so groß, die Drehmomentabgabe jedoch 1/5.

Besondere Hinweise

Die Übersetzungsverhältnisse für Kettenrad- und Kettensysteme funktionieren auf die gleiche Weise wie Übersetzungsverhältnisse. Kettenrad- und Kettensysteme haben den Vorteil, dass die Kettenräder in mehreren Abständen voneinander platziert werden können, da sie durch eine Kette verbunden sind. Allerdings können die Kettenglieder mit weniger Kraft brechen als ein Zahn an einem hochfesten Zahnrad. Jede Art von Bruch muss repariert werden, damit der Roboter voll funktionsfähig ist.

In einem einfachen Übersetzungsverhältnis können beliebig viele Zahnräder beliebiger Größe zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad platziert werden, ohne dass sich das Übersetzungsverhältnis ändert. Beispielsweise treibt ein 12T-Zahnrad ein 36T-Zahnrad an, das ein 60T-Abtriebsrad antreibt. Das Übersetzungsverhältnis beträgt immer noch 5:1, genau so, als ob das 60T-Zahnrad direkt vom 12T-Zahnrad angetrieben würde.

Geschwindigkeit

Die Rotationsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt dreht. Beispielsweise könnte sich die Wellenbuchse eines V5-Smart-Motors mit 100 Umdrehungen pro Minute oder 100 U/min drehen. Wie oben erläutert, wird bei Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses von 5:1 ein Antriebszahnrad mit 60 Zähnen von der Motorwelle gedreht und dann ein Abtriebszahnrad mit 12 Zähnen gedreht, wobei sich das Zahnrad mit 12 Zähnen mit einer Geschwindigkeit dreht, die fünfmal schneller ist. Im obigen Beispiel dreht sich das 12-Zahn-Zahnrad dann mit 500 U/min, verglichen mit 100 U/min der Motorwelle. Wenn ein Übersetzungsverhältnis von 1:5 verwendet wird, wird ein 12-Zahn-Antriebszahnrad von der Motorwelle gedreht und dreht dann ein 60-Zahn-Abtriebszahnrad, wobei sich das 60-Zahn-Zahnrad mit einer Geschwindigkeit dreht, die 1/5 so schnell ist. Nehmen wir noch einmal das obige Beispiel: Das Zahnrad mit 60 Zähnen dreht sich mit 20 U/min, verglichen mit 100 U/min der Motorwelle. 

Warum sollte also nicht immer die schnellstmögliche Übersetzung verwendet werden? Es scheint, dass ein Roboter umso wettbewerbsfähiger wäre, je schneller er sich bewegen könnte. Der erste Grund ist, dass es eine Höchstgeschwindigkeit gibt, mit der die Funktionen eines Roboters gesteuert werden können. Wenn die Funktion beispielsweise darin besteht, dass der Roboter herumfährt, kann es sehr schwierig sein, ihn zu steuern, wenn sich die Räder zu schnell drehen. Wenn es sich bei der Funktion um einen auf und ab drehenden Arm handelt und er sich zu schnell dreht, kann es auch schwierig sein, ihn zu steuern.

Drehmoment

Das Drehmoment ist die Kraft, die erforderlich ist, um eine Last über eine Distanz zu drehen. Motoren haben ein begrenztes Drehmoment. Wenn beispielsweise ein V5 Smart-Motor ein Drehmoment von 1 Nm (Newtonmeter) erzeugt, gibt das angetriebene 12-Zahn-Zahnrad bei Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses von 5:1 ⅕ des Drehmomenteingangs des Motors ab, der Ausgang beträgt 0,2 Nm und mit dem Übersetzungsverhältnis 1:5, das 60-Zahn-Zahnrad gibt das Fünffache des Drehmomenteingangs des Motors ab, der Ausgang beträgt 5 Nm. 

Das Drehmoment ist der zweite Grund, warum bei der Konstruktion eines Roboters nicht immer das schnellstmögliche Übersetzungsverhältnis verwendet werden kann. Wenn ein Übersetzungsverhältnis zur Erhöhung der Geschwindigkeit verwendet wird, um die Räder eines Roboters schneller anzutreiben, ist es möglich, dass das Übersetzungsverhältnis das verfügbare Drehmoment des Motors übersteigt und der Roboter sich nicht mehr so ​​schnell oder überhaupt nicht bewegt. Es ist auch möglich, dass bei der Interaktion zweier Roboter mit nahezu identischem Design der Roboter mit einem Antriebsstrang mit niedrigerem Übersetzungsverhältnis wahrscheinlich in der Lage sein wird, den Roboter mit einem Antriebsstrang mit höherem Übersetzungsverhältnis anzuschieben, da der Roboter mit dem niedrigeren Übersetzungsverhältnis mehr Drehmoment hat. Ein weiteres Beispiel ist, dass sich ein Arm möglicherweise nicht dreht, selbst wenn er direkt an einer Welle befestigt ist, die in einen Motor eingesetzt ist, da seine Drehung das verfügbare Drehmoment des Motors überschreiten kann. In diesem Fall muss ein Übersetzungsverhältnis zur Erhöhung des Drehmoments verwendet werden, um die Ausgangsleistung des Motordrehmoments zu erhöhen und das Drehmoment zu überschreiten, das zum Drehen des Arms erforderlich ist.

Die Geschwindigkeit und das Drehmoment eines V5 Smart Motors können mit dem Motor Dashboard gemessen werden

Roboterrealität

Glücklicherweise reichen die in der Bauanleitung für den Zusammenbau des V5 ClawBot verwendeten Übersetzungsverhältnisse aus, um mit der Entwicklung maßgeschneiderter Roboter zu beginnen. Viele Antriebsstränge funktionieren gut, indem sie mit dem V5 Smart Motor und der grünen V5-Getriebekartusche mit 200 U/min direkt die Wellen von Rädern oder Kettenrädern antreiben. Wenn jedoch eine Struktur im Design wie ein Turm oder eine Spielsteinaufnahme dort platziert werden muss, wo sich ein Motor befindet, kann eine Kraftübertragung mithilfe von Kettenrädern und Ketten oder Zahnrädern wie oben erläutert verwendet werden. Für die meisten Arme ist das oben beschriebene Übersetzungsverhältnis zur Erhöhung des Drehmoments von 7:1 ausreichend, indem das 12T-Zahnrad mit einem 200-RPM-Motor angetrieben und ein 84T-Antriebsrad am Arm angebracht wird. Da ein Wettbewerbsvorteil immer wichtiger wird, wird es immer wichtiger, das „Sweet Spot“-Gleichgewicht zwischen Drehzahl und Drehmoment zu finden. Dies kann durch die Verwendung eines V5-Smart-Motors mit einer der drei verfügbaren V5-Getriebekartuschen (Rot: 100 U/min, Grün: 200 U/min, Blau: 600 U/min) und bei Bedarf durch Kombination des Motors mit einem Übersetzungsverhältnis zur Erhöhung des Drehmoments erreicht werden ein Übersetzungsverhältnis zur Erhöhung der Geschwindigkeit.

Zahnräder und andere Bewegungshardware können unter https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motionerworben werden.

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