Verwendung von VEX IQ Kunststoffzahnrädern, Kettenrädern und Riemenscheiben – VEX-Bibliothek

Wenn neue Benutzer beginnen, ihre eigenen maßgeschneiderten Roboterdesigns zusammenzustellen, möchten sie möglicherweise irgendwann mehr von ihren VEX IQ Smart-Motoren. Die VEX IQ Smart Motors verfügen möglicherweise über die beste Leistung und Sensorik aller verfügbaren zusammensteckbaren Robotersysteme. Dennoch möchten Benutzer möglicherweise, dass die Motoren Dinge schneller bewegen, schwerere Dinge anheben oder Mechanismen weit vom Motor entfernt bewegen. VEX IQ-Zahnräder, Kettenräder und Riemenscheiben können die Erfüllung dieser Anforderungen ermöglichen.

Getriebe	Kettenräder	Riemenscheiben

Output/Input-Verhältnisse

Bei der Diskussion der VEX-Kunststoffzahnräder/Kettenräder/Riemenscheiben werden einige Standardbegriffe verwendet:

Antrieb/Eingang – Dies ist das Zahnrad/Kettenrad/Riemenscheibe, das auf der Welle platziert ist, die ein Smart Motor zum Drehen zwingt.
Angetrieben/Abtrieb – Dies ist das Zahnrad/Kettenrad/die Riemenscheibe, das auf der Welle der Komponente (z. B. einem Rad oder einem Arm) platziert ist und vom Eingang zum Drehen gezwungen wird.
Rotationsgeschwindigkeit – Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich eine Welle dreht. Sie wird üblicherweise in der Anzahl ihrer Drehungen pro Minute gemessen und wird auch als Umdrehungen pro Minute (U/min) bezeichnet.
Drehmoment – Dies ist die Kraft, die erforderlich ist, um eine Last über eine Distanz zu drehen. Beispielsweise ist mehr Drehmoment erforderlich, um einen längeren Arm zu drehen, oder wenn mehr Gewicht auf den Arm ausgeübt wird. Außerdem ist mehr Drehmoment erforderlich, um ein Rad mit größerem Durchmesser zu drehen, oder wenn ein Rad etwas Schweres bewegt. Drehmoment wird üblicherweise in der metrischen Einheit gemessen, die Kraft und Weg kombiniert und als Newtonmeter (Nm) bezeichnet wird.

Es gibt zwei Prinzipien, die Benutzern helfen, die Verwendung von VEX-Kunststoffzahnrädern, -kettenrädern und -riemenscheiben zu verstehen:

Erhöhtes Drehmoment: Wenn das Eingangszahnrad/Kettenrad/Riemenscheibe (Komponente) einen kleineren Durchmesser als die Ausgangskomponente hat, erhöht dies das Ausgangsdrehmoment des Systems. Allerdings verringert sich dadurch proportional die Ausgangsdrehzahl des Systems. Mit anderen Worten: Wenn der Motor einen Arm nicht anheben kann, muss eine kleinere Komponente des Motors eine größere Komponente auf der Welle des Arms antreiben.

Getriebe Drehmoment erhöhen	Kettenrad Drehmoment erhöhen	Riemenscheibe Drehmoment erhöhen

Erhöhte Geschwindigkeit: Wenn die Eingangskomponente einen größeren Durchmesser als die Ausgangskomponente hat, erhöht dies die Ausgangsdrehzahl des Systems. Allerdings verringert sich dadurch proportional das Ausgangsdrehmoment des Systems. Wenn ein Benutzer beispielsweise möchte, dass sich ein Rad schneller dreht, als der Motor drehen kann, muss der Motor über eine größere Komponente verfügen, die eine kleinere Komponente auf der Radwelle antreibt.

Gang Erhöhen Sie die Geschwindigkeit	Kettenrad erhöht die Geschwindigkeit	Riemenscheibe erhöht die Geschwindigkeit

Die Höhe dieser Beziehungen kann durch ein Output-Input-Verhältnis berechnet werden. Das ist:

Die Anzahl der Zähne des Abtriebsrads / die Anzahl der Zähne des Eingangsrads ergibt das Drehmomentübersetzungsverhältnis.
Die Anzahl der Abtriebskettenradzähne / die Anzahl der Eingangskettenradzähne ergibt das Drehmoment-Ritzelverhältnis.
Der Durchmesser der Abtriebsscheibe / der Durchmesser der Eingangsscheibe ergibt das Drehmoment-Riemenscheibenverhältnis.

VEX-Kunststoffübersetzungsverhältnisse (60 Zähne, 36 Zähne, 12 Zähne)

Abtriebsrad	Eingangsgetriebe	Übersetzungsverhältnis	Ausgang für Motoreingang mit 100 U/min	Ausgang für 0,4 Nm Motoreingang
60 Zähne	12 Zähne	5:1	20 U/min	2,0 Nm
36 Zähne	12 Zähne	3:1	33 U/min	1,2 Nm
60 Zähne	36 Zähne	5:3	60 U/min	0,67 Nm
36 Zähne	60 Zähne	3:5	167 U/min	0,24 Nm
12 Zähne	36 Zähne	1:3	300 U/min	0,13 Nm
12 Zähne	60 Zähne	1:5	500 U/min	0,08 Nm

(Zahnräder mit 24 Zähnen und 48 Zähnen sind im erhältlich1)

Aus der VEX-Kunststoffgetriebeübersetzungstabelle oben sollte ersichtlich sein, dass Übersetzungsverhältnisse die Ausgangsdrehzahl und das Ausgangsdrehmoment eines Smart Motors dramatisch verändern können. Bei der Verwendung von Ausgangs-/Eingangsverhältnissen ist es wichtig zu beachten, dass diese Reibung und andere Faktoren im Robotersystem nicht berücksichtigen.

Beispielsweise könnte es verlockend sein, für den Antriebsstrang ein Übersetzungsverhältnis von 1:5 zu bauen, damit sich der Roboter sehr schnell bewegt (500 U/min). Es gibt mehrere Faktoren, die dies unpraktisch machen. Erstens sind die Zahnräder mit 60 Zähnen größer als die standardmäßigen 200-mm-Reiseräder, sodass das Zahnrad das Rad vom Boden fernhält. Darüber hinaus ist das Ausgangsdrehmoment so gering (0,08 Nm), dass der Smart Motor möglicherweise nicht in der Lage ist, das Rad/den Roboter zu bewegen. Selbst wenn es möglich wäre, dieses Verhältnis zu nutzen, wäre es sehr schwierig, den Roboter zu kontrollieren, wenn er sich mit dem Fünffachen seiner normalen Geschwindigkeit bewegen würde.

Dieses Beispiel veranschaulicht, wie das Ziel bei der Verwendung von Ausgangs-/Eingangsverhältnissen darin besteht, ein „Sweet Spot“-Gleichgewicht zwischen Drehmoment und Drehzahl zu finden. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass die Komponenten in das Design des Roboters passen.

VEX-Kunststoffkettenräder verfügen über fünf verschiedene Kettenradgrößen (8-Zahn-Kettenrad, 16-Zahn-Kettenrad, 24-Zahn-Kettenrad, 32-Zahn-Kettenrad, 40-Zahn-Kettenrad), die kombiniert werden können. Die VEX-Kunststoffrollen sind in vier Größen erhältlich (10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm).

Kraftübertragung

Zur Kraftübertragung können auch VEX-Kunststoffzahnräder, -Kettenräder und -Riemenscheiben verwendet werden. Dies ist erforderlich, wenn ein Design es nicht zulässt, dass ein Smart Motor die Welle eines Rades oder einer anderen Komponente direkt antreibt. In diesem Fall haben die Antriebs- und Abtriebsräder/Kettenräder/Riemenscheiben die gleiche Größe, sodass sich weder das Drehmoment noch die Drehzahl ändern. Dies wird oft als 1:1-Verhältnis bezeichnet.

Einige Beispiele hierfür könnten sein:

Ein Antriebsstrang kann beide Räder auf einer Seite antreiben, indem er ein Rad direkt mit einem Smart Motor antreibt und das andere Rad antreibt, indem er sie über 1:1-Kettenräder und -Kette miteinander verbindet.
Ein Antriebsstrang kann drei Gänge (oder jede andere ungerade Zahl) in Reihe haben und über ein Rad am ersten Gang und ein Rad am letzten Gang verfügen. Wenn alle Zahnräder gleich groß sind, kann der Motor jedes der Zahnräder antreiben.

Bitte beachten Sie, dass bei der Verwendung von Zahnrädern innerhalb eines Antriebsstrangs eine ungerade Anzahl an Zahnrädern zwischen den Rädern wichtig ist. Denn wenn ein Zahnrad ein anderes antreibt, drehen sie sich in entgegengesetzte Richtungen. Bei einer gleichmäßigen Anzahl von Gängen zwischen den Rädern drehen sich die beiden Räder gegeneinander.

Kraftübertragungskettenräder	Kraftübertragungsgetriebe

Entscheiden Sie, welche Komponente verwendet werden soll: Zahnräder, Kettenräder oder Riemenscheiben

Es gibt eine Reihe von Faktoren, die bestimmen, ob Zahnräder, Kettenräder usw. oder Riemenscheiben sollten bei einem Roboterdesign verwendet werden. Einige davon umfassen:

Gänge: Gänge gehören zu den zuverlässigsten der drei Komponenten. Es sei denn, zwischen den Halterungen der Getriebewellen ist ein zu großer Abstand vorhanden, der es den Wellen ermöglicht, sich so weit zu biegen, dass sich die Zähne der beiden Zahnräder trennen; Wenn sich bei Zahnrädern das Eingangszahnrad dreht, dreht sich auch das Ausgangszahnrad. Allerdings gibt es einige Nachteile:

Zahnräder müssen in festen Abständen zueinander angeordnet sein, sodass die Zähne des einen Zahnrads mit den Zähnen des nächsten kämmen.
Zahnräder müssen in einer geraden Linie zueinander ausgerichtet sein. (Bemerkte Ausnahme: „Primäre“ Zahnräder mit 12/36/50 Zähnen mit den „Sekundären“ Zahnrädern mit 24/48 zu mischen. Die sekundären Zahnräder müssen entweder um eine halbe Teilung versetzt sein oder das zusätzliche mittlere Loch in 1x-Trägern mit gleichmäßiger Länge verwenden.
Wie bereits erwähnt, drehen sich bei einer ungeraden Anzahl von Zahnrädern in einer Reihe die Eingangs- und Ausgangsräder in die gleiche Richtung, bei einer geraden Anzahl drehen sich die Eingangs- und Ausgangsräder in entgegengesetzte Richtungen.

Mischen von „Primär“-Zahnrädern mit 12/36/60 Zähnen und „Sekundär“-Zahnrädern mit 24/48 Zähnen

Besonderer Hinweis: Bei der Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses müssen nur die Eingangszahnradgröße und die letzte Ausgangszahnradgröße berücksichtigt werden. Alle Zahnräder zwischen diesen beiden Zahnrädern übertragen nur die Bewegung und ihre Größe hat keinen Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis.

VEX-Kunststoffzahnräder verfügen außerdem über Kronenräder, die eine 90^o Verbindung zwischen den Zahnrädern ermöglichen. Es gibt auch Schneckenräder und Differentiale & Kegelradgetriebepaket , die dies ermöglichen.

Kronenräder	Differential & Kegelräder	Schneckengetriebe

Darüber hinaus ermöglichen die VEX-Kunststoffzahnstangen aus dem Gear Add-on-Kit eine lineare Bewegung.

Zahnstangengetriebe

Kettenräder: Kettenräder sind ebenfalls eine gute Option. Ihre Wellen können in beliebig vielen unterschiedlichen Teilungsabständen getrennt werden, da die Kette aus einzelnen zusammensteckbaren Gliedern besteht, die in individuellen Längen zusammengestellt werden können. Das Eingangskettenrad und das Ausgangskettenrad drehen sich immer in die gleiche Richtung. Um das Antriebskettenrad sollten mindestens 120^{der Kette gewickelt sein, sonst kann die Kette über die Zähne} Kettenrads springen. Kettenräder können auch mit Tank Tread verbunden werden.

Rollen: Rollen sind für leichte Lasten gedacht. Sie sind durch die Abstände begrenzt, die durch die Länge der verfügbaren Gummibänder (30 mm) voneinander entfernt werden können. 40mm. 50mm. 60mm). Wie bei Kettenrädern drehen sich die Eingangs- und Ausgangsriemenscheibe in die gleiche Richtung. Die Gummiriemen für das Riemenscheibensystem sind glatt. Die Riemen rutschen durch, wenn die Last, die das System zu bewegen versucht, zu groß ist. (Hinweis: Gummiriemen können gekreuzt werden, um die Richtung der Abtriebsriemenscheibe umzukehren.)

Unabhängig davon, ob das Roboterdesign Zahnräder, Kettenräder oder Riemenscheiben verwendet, gibt es eine große Auswahl an Optionen, um das Ausgangs-/Eingangsverhältnis oder die Kraftübertragung der VEX IQ Smart Motors zu ändern.

Sicherheitsrisiko:

Quetschstellen

Achten Sie darauf, dass Finger, Kleidung, Kabel und andere Gegenstände nicht zwischen beweglichen Komponenten eingeklemmt werden.