Το σύστημα VEX EDR διαθέτει δύο τύπους οδοντωτών τροχών, το κιτ γραναζιών και το κιτ γραναζιών υψηλής αντοχής (ανατρέξτε στην ενότηταΠώς να επιλέξετε έναν οδοντωτό τροχό). Αυτά τα γρανάζια μπορούν να συναρμολογηθούν για να προσαρμόσουν τη μεταφορά ισχύος, να αυξήσουν τη ροπή ή να αυξήσουν την ταχύτητα. Αυτό μπορεί να γίνει συναρμολογώντας δύο ή περισσότερα γρανάζια μαζί σε άξονες κίνησης έτσι ώστε τα δόντια των γραναζιών να εμπλέκονται. Ένας κινητήρας θα τροφοδοτεί τον άξονα κίνησης ενός από τα γρανάζια.
Σχέσεις μετάδοσης
Οι απλές σχέσεις μετάδοσης χρησιμοποιούν μόνο μία ταχύτητα ανά άξονα μετάδοσης κίνησης. Το γρανάζι που παρέχει την ισχύ ή την είσοδο ονομάζεται κινητήριος γρανάζι και το γρανάζι που περιστρέφεται ή είναι υπεύθυνο για την έξοδο ονομάζεται κινούμενο γρανάζι Η σχέση μετάδοσης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Δείτε την παρακάτω κινούμενη εικόνα για να δείτε ένα παράδειγμα ενός Κινητήριου Γραναζιού και ενός Κινητού Γραναζιού ίδιου μεγέθους, στην προκειμένη περίπτωση 60 δόντια και 60 δόντια.
Σχέση μετάδοσης 1:1
Μια σχέση μετάδοσης 1:1 σημαίνει ότι το γρανάζι κίνησης κάνει μία περιστροφή για να ολοκληρώσει το κινούμενο γρανάζι μία περιστροφή. Αυτή η σχέση μετάδοσης παρέχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Ισορροπημένη Ταχύτητα και Ροπή: Επειδή η αναλογία μεταξύ του κινητήριου γραναζιού και του κινούμενου γραναζιού είναι ίση, δεν υπάρχει αλλαγή στην ταχύτητα ή τη ροπή μεταξύ των δύο γραναζιών. Αυτή η ισορροπία είναι ιδανική για εφαρμογές όπου η εγγενής απόδοση του κινητήρα είναι επαρκής.
- Άμεση Μεταφορά Ισχύος: Αυτή η σχέση μετάδοσης διασφαλίζει ότι η ισχύς που παράγεται από τον κινητήρα μεταφέρεται απευθείας στο κινούμενο εξάρτημα χωρίς καμία απώλεια.
- Απλουστευμένος Σχεδιασμός: Η σχέση μετάδοσης 1:1 απλοποιεί τον μηχανικό σχεδιασμό του ρομπότ, καθιστώντας τη διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής πιο απλή.
- Προβλέψιμη Απόδοση: Δεδομένου ότι οι ταχύτητες εισόδου και εξόδου είναι ίδιες, η απόδοση του ρομπότ είναι πιο προβλέψιμη. Αυτό μπορεί να είναι πλεονεκτικό για εργασίες όπου απαιτείται συνεπής απόδοση ή όπου ο συγχρονισμός των εργασιών είναι κρίσιμος.
Η παρακάτω τρισδιάστατη κατασκευή εμφανίζει ένα παράδειγμα σχέσης μετάδοσης 1:1. Το γρανάζι κίνησης και το κινούμενο γρανάζι έχουν τον ίδιο αριθμό δοντιών (60T). Ο κινητήρας περιστρέφει το γρανάζι κίνησης 60T μία φορά για να ολοκληρώσει το γρανάζι κίνησης 60T μία περιστροφή.
Σχέση μετάδοσης 5:1
Μια αναλογία μετάδοσης 5:1 σημαίνει ότι το γρανάζι κίνησης πρέπει να κάνει πέντε περιστροφές για να ολοκληρώσει το κινούμενο γρανάζι μία περιστροφή. Αυτή η σχέση μετάδοσης παρέχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Αυξημένη Ροπή: Η ροπή είναι η περιστροφική δύναμη που μπορεί να ασκήσει ο κινητήρας στα εξαρτήματα του ρομπότ. Αυξάνοντας τη ροπή, ένα ρομπότ μπορεί να χειρίζεται βαρύτερα φορτία και να εκτελεί εργασίες που απαιτούν περισσότερη δύναμη, όπως η ανύψωση και η ώθηση αντικειμένων. Το γρανάζι κίνησης έχει λιγότερα δόντια από το κινούμενο γρανάζι, με αποτέλεσμα η ροπή εξόδου να είναι 5 φορές μεγαλύτερη, ενώ η ταχύτητα εξόδου είναι μόνο 1/5.
- Μειωμένη ταχύτητα: Ενώ αυξάνεται η ροπή, μειώνεται η ταχύτητα του κινούμενου γραναζιού. Η μείωση της ταχύτητας είναι ωφέλιμη για εργασίες που απαιτούν περισσότερο έλεγχο και ακρίβεια.
- Βελτιωμένη Απόδοση Κινητήρα: Μια υψηλότερη σχέση μετάδοσης επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά. Αυτή η σχέση μετάδοσης μπορεί να μειώσει τη φθορά του κινητήρα και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του.
- Προσαρμογή για συγκεκριμένες εργασίες: Αυτή η σχέση μετάδοσης μπορεί να ενσωματωθεί με ένα μεγαλύτερο σύστημα γραναζιών, επιτρέποντας την προσαρμογή των χαρακτηριστικών απόδοσης του ρομπότ.
Δείτε την κινούμενη εικόνα και την τρισδιάστατη κατασκευή παρακάτω για να δείτε παραδείγματα ενός πολύ μικρότερου γραναζιού που κινεί ένα πολύ μεγαλύτερο γρανάζι, στην προκειμένη περίπτωση 12 δόντια και 60 δόντια.
Σχέση μετάδοσης 1:5
Αύξηση ταχύτητας (υψηλή ταχύτητα) - Με αυτόν τον τύπο σχέσης μετάδοσης, ο στόχος είναι η αύξηση της ταχύτητας από τον κινητήρα, όπως από έναν κινητήρα σε έναν τροχό. Το γρανάζι κίνησης έχει περισσότερα δόντια από το κινούμενο γρανάζι. Για παράδειγμα, εάν ένας κινητήρας κινεί ένα γρανάζι 60T σε ένα κινούμενο γρανάζι 12T σε έναν τροχό, όταν το κινούμενο γρανάζι 60T περιστραφεί μία φορά, το κινούμενο γρανάζι 12T περιστρέφεται πέντε (5) φορές. Αυτό είναι γνωστό ως σχέση μετάδοσης 1:5. Σε αυτήν την περίπτωση, η ταχύτητα εξόδου είναι 5/1 φορές μεγαλύτερη, ωστόσο, η ροπή εξόδου είναι 1/5.
Δείτε την κινούμενη εικόνα και την τρισδιάστατη κατασκευή παρακάτω για να δείτε παραδείγματα ενός πολύ μεγαλύτερου γραναζιού που κινεί ένα πολύ μικρότερο γρανάζι, στην προκειμένη περίπτωση 60 δόντια και 12 δόντια.
Τρένο με γρανάζια
Ένα σύστημα γραναζιών αποτελείται από μια σειρά γραναζιών που μεταδίδουν κίνηση και ισχύ από το ένα μέρος του ρομπότ σε ένα άλλο. Τα γρανάζια τροποποιούν την ταχύτητα, τη ροπή και την κατεύθυνση της περιστροφικής κίνησης. Τα γρανάζια αποτελούνται από γρανάζια με δόντια που εμπλέκονται για να μεταδίδουν κίνηση, άξονες που συγκρατούν τα γρανάζια στη θέση τους και τους επιτρέπουν να περιστρέφονται και κολάρα αξόνων που βοηθούν στη συγκράτηση όλων των εξαρτημάτων στη θέση τους. Οι λειτουργίες ενός συστήματος μετάδοσης κίνησης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Ρύθμιση ταχύτητας: Τα συστήματα γραναζιών αυξάνουν ή μειώνουν την ταχύτητα περιστροφής. Ένας μικρότερος κινητήριος οδοντωτός τροχός που εμπλέκεται με έναν μεγαλύτερο κινούμενο οδοντωτό τροχό μειώνει την ταχύτητα αλλά αυξάνει τη ροπή, ενώ ένας μεγαλύτερος κινητήριος οδοντωτός τροχός που εμπλέκεται με έναν μικρότερο κινούμενο οδοντωτό τροχό αυξάνει την ταχύτητα αλλά μειώνει τη ροπή.
Τα γρανάζια χρησιμοποιούνται για την περιστροφή τροχών που δεν είναι συνδεδεμένοι με κινητήρα, όπως φαίνεται στις δύο τρισδιάστατες κατασκευές παρακάτω.
Ειδικές Σημειώσεις
Οι σχέσεις μετάδοσης για τα συστήματα γραναζιών και αλυσίδας λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όπως οι σχέσεις μετάδοσης. Τα συστήματα γραναζιών και αλυσίδων έχουν το πλεονέκτημα ότι τα γρανάζια μπορούν να τοποθετηθούν σε πολλαπλές αποστάσεις μεταξύ τους επειδή συνδέονται με αλυσίδα. Ωστόσο, οι κρίκοι της αλυσίδας μπορούν να σπάσουν με λιγότερη δύναμη από ό,τι μπορεί να σπάσει ένα δόντι σε ένα γρανάζι υψηλής αντοχής. Και οι δύο τύποι βλάβης θα πρέπει να επισκευαστούν προκειμένου το ρομπότ να είναι πλήρως λειτουργικό.
Οποιοσδήποτε αριθμός γραναζιών οποιουδήποτε μεγέθους μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ του κινητήριου γραναζιού και του κινούμενου γραναζιού σε μια απλή σχέση μετάδοσης και αυτό δεν θα αλλάξει τη σχέση μετάδοσης. Για παράδειγμα, ένα γρανάζι 12T κινεί ένα γρανάζι 36T το οποίο κινεί ένα γρανάζι 60T, η σχέση μετάδοσης εξακολουθεί να είναι 5:1, όπως αν το γρανάζι 60T κινούνταν απευθείας από το γρανάζι 12T.
Ταχύτητα
Η ταχύτητα περιστροφής είναι η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται κάτι. Συνήθως μετριέται σε στροφές ανά λεπτό ή RPM. Για παράδειγμα, ένας άξονας V5 Smart Motor μπορεί να περιστρέφεται με 100 στροφές ανά λεπτό ή 100 σ.α.λ. Μια σχέση μετάδοσης μπορεί να αλλάξει την ταχύτητα περιστροφής της εξόδου. Σε αυτό το άρθρο, η σχέση μετάδοσης γράφεται ως κινούμενο γρανάζι : κινούμενο γρανάζι.
Εάν χρησιμοποιείται σχέση μετάδοσης 1:5, ένα γρανάζι κίνησης 60 δοντιών περιστρέφει ένα γρανάζι κίνησης 12 δοντιών. Επειδή το κινούμενο γρανάζι είναι μικρότερο, περιστρέφεται 5 φορές πιο γρήγορα από τον άξονα του κινητήρα. Εάν ο άξονας του κινητήρα περιστρέφεται στις 100 σ.α.λ., το γρανάζι με τα 12 δόντια θα περιστρέφεται στις 500 σ.α.λ.
Εάν χρησιμοποιείται σχέση μετάδοσης 5:1, ένα γρανάζι κίνησης με 12 δόντια περιστρέφει ένα γρανάζι κίνησης με 60 δόντια. Επειδή το κινούμενο γρανάζι είναι μεγαλύτερο, περιστρέφεται 5 φορές πιο αργά από τον άξονα του κινητήρα. Εάν ο άξονας του κινητήρα περιστρέφεται στις 100 σ.α.λ., το γρανάζι με 60 δόντια θα περιστρέφεται στις 20 σ.α.λ.
Αυτό εξηγεί γιατί η ταχύτερη σχέση μετάδοσης δεν είναι πάντα η καλύτερη επιλογή. Ένα γρηγορότερο ρομπότ μπορεί να ακούγεται καλύτερα, αλλά αν οι τροχοί ή ο βραχίονας κινούνται πολύ γρήγορα, ο έλεγχος του ρομπότ μπορεί να γίνει πιο δύσκολος. Μια πιο αργή σχέση μετάδοσης μπορεί να κάνει την κίνηση ευκολότερη στον έλεγχο και πιο ακριβή.
Ροπή
Η ροπή είναι η δύναμη περιστροφής που βοηθά στην περιστροφή κάποιου πράγματος, όπως ένας τροχός, ένα γρανάζι ή ένας βραχίονας ρομπότ. Οι κινητήρες μπορούν να παράγουν μόνο μια ορισμένη ποσότητα ροπής. Μια σχέση μετάδοσης μπορεί επίσης να αλλάξει τη ροπή που έχει η έξοδος.
Εάν χρησιμοποιείται σχέση μετάδοσης 1:5, ένα γρανάζι κίνησης 60 δοντιών περιστρέφει ένα γρανάζι κίνησης 12 δοντιών. Αυτό κάνει την έξοδο να περιστρέφεται πιο γρήγορα, αλλά μειώνει επίσης τη ροπή εξόδου στο 1/5 της ροπής του κινητήρα. Για παράδειγμα, εάν ο κινητήρας παράγει ροπή 1 Nm, η ροπή εξόδου θα είναι 0,2 Nm.
Εάν χρησιμοποιείται σχέση μετάδοσης 5:1, ένα γρανάζι κίνησης με 12 δόντια περιστρέφει ένα γρανάζι κίνησης με 60 δόντια. Αυτό κάνει την περιστροφή της εξόδου πιο αργή, αλλά αυξάνει τη ροπή εξόδου σε 5 φορές τη ροπή του κινητήρα. Για παράδειγμα, εάν ο κινητήρας παράγει ροπή 1 Nm, η ροπή εξόδου θα είναι 5 Nm.
Η ροπή είναι ένας άλλος λόγος για τον οποίο δεν μπορεί πάντα να χρησιμοποιηθεί η ταχύτερη σχέση μετάδοσης. Αν ένα ρομπότ έχει σχεδιαστεί για μεγαλύτερη ταχύτητα, έχει λιγότερη ροπή. Αυτό σημαίνει ότι το ρομπότ μπορεί να μην πιέζει καλά, να μην είναι σε θέση να σηκώσει ένα χέρι ή ακόμα και να κινηθεί όπως θέλετε. Για παράδειγμα, ένα ρομπότ με μεγαλύτερη ροπή μπορεί να είναι καλύτερο στην ώθηση ενός άλλου ρομπότ. Ένας ρομποτικός βραχίονας μπορεί επίσης να χρειάζεται περισσότερη ροπή για να σηκώσει αντικείμενα παιχνιδιού ή να μετακινήσει το δικό του βάρος. Σε αυτές τις περιπτώσεις, μια σχέση μετάδοσης που αυξάνει τη ροπή είναι η καλύτερη επιλογή.
Η ταχύτητα και η ροπή ενός έξυπνου κινητήρα V5 μπορούν να μετρηθούν χρησιμοποιώντας τον πίνακα ελέγχου του κινητήρα.
Ρομποτική Πραγματικότητα
Ευτυχώς, οι σχέσεις μετάδοσης που χρησιμοποιούνται με τις οδηγίες κατασκευής για τη συναρμολόγηση του V5 ClawBot είναι επαρκείς για να ξεκινήσει ο σχεδιασμός προσαρμοσμένων ρομπότ. Πολλά συστήματα μετάδοσης κίνησης λειτουργούν καλά κινούμενα απευθείας από τους άξονες των τροχών ή των γραναζιών της ερπύστριας με τον κινητήρα V5 Smart Motor με το πράσινο φυσίγγιο γραναζιών V5 200 RPM. Ωστόσο, εάν μια δομή στο σχεδιασμό, όπως ένας πύργος ή μια είσοδος για ένα κομμάτι παιχνιδιού, πρέπει να τοποθετηθεί εκεί που βρίσκεται ένας κινητήρας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεταφορά ισχύος χρησιμοποιώντας γρανάζια και αλυσίδα ή γρανάζια, όπως εξηγήθηκε παραπάνω. Για τους περισσότερους βραχίονες, η σχέση μετάδοσης με αύξηση ροπής 7:1 που εξηγήθηκε παραπάνω επαρκεί, οδηγώντας το γρανάζι 12T με κινητήρα 200 σ.α.λ. και συνδέοντας ένα γρανάζι 84T στον βραχίονα. Καθώς το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα αποκτά μεγαλύτερη σημασία, η εύρεση της «ιδανικής ισορροπίας» μεταξύ ταχύτητας και ροπής καθίσταται ολοένα και πιο σημαντική. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας έναν έξυπνο κινητήρα V5 με μία από τις τρεις διαθέσιμες κασέτες γραναζιών V5 (Κόκκινο: 100 σ.α.λ., Πράσινο: 200 σ.α.λ., Μπλε: 600 σ.α.λ.) και, εάν χρειάζεται, συνδυάζοντας τον κινητήρα με μια σχέση μετάδοσης για αύξηση της ροπής ή μια σχέση μετάδοσης για αύξηση της ταχύτητας.
Τα γρανάζια και άλλο υλικό κίνησης μπορούν να αγοραστούν στο κατάστημα VEX Robotics.