El sistema VEX EDR tiene dos tipos de engranajes rectos, el kit de engranajes y el kit de engranajes de alta resistencia (consulte Cómo seleccionar un engranaje recto). Estos engranajes se pueden ensamblar para personalizar la transferencia de potencia, aumentar el par o aumentar la velocidad. Esto se puede hacer ensamblando dos o más engranajes juntos en los ejes de transmisión para que los dientes de los engranajes se engranen. Un motor impulsará el eje de transmisión de uno de los engranajes.
Relaciones de transmisión
Las relaciones de transmisión simples usan solo un engranaje por eje de transmisión. El engranaje que proporciona la potencia, o entrada, se denomina engranaje de accionamiento y el engranaje que se está girando, o responsable de la salida, se denomina engranaje accionado. La relación de transmisión se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Relación de transmisión 1:1
Una relación de transmisión 1:1 significa que el engranaje motriz hace una revolución para que el engranaje conducido complete una revolución. Esta relación de transmisión proporciona los siguientes beneficios:
- Velocidad y par equilibrados: debido a que la relación entre el engranaje motriz y el engranaje conducido es igual, no hay cambios en la velocidad o el par entre los dos engranajes. Este equilibrio es ideal para aplicaciones donde el rendimiento nativo del motor es suficiente.
- Transferencia de potencia directa: esta relación de transmisión garantiza que la potencia generada por el motor se transfiera directamente al componente accionado sin ninguna pérdida.
- Diseño simplificado: una relación de transmisión 1:1 simplifica el diseño mecánico del robot, haciendo que el proceso de diseño y construcción sea más sencillo.
- Rendimiento predecible: dado que las velocidades de entrada y salida son idénticas, el rendimiento del robot es más predecible. Esto puede ser ventajoso para tareas donde se requiere un rendimiento constante o donde el tiempo de la tarea es crucial.
El siguiente gráfico muestra un ejemplo de una relación de transmisión 1:1. El engranaje de accionamiento y el engranaje conducido tienen el mismo número de dientes (60T). El motor gira el engranaje de accionamiento 60T una vez para hacer que el engranaje accionado 60T complete una revolución.
Relación de transmisión 5:1
Una relación de transmisión 5:1 significa que el engranaje motriz debe hacer cinco revoluciones para que el engranaje conducido complete una revolución. Esta relación de transmisión proporciona los siguientes beneficios:
- Aumento del par de torsión: el par de torsión es la fuerza de rotación que el motor puede aplicar a los componentes del robot. Al aumentar el torque, un robot puede manejar cargas más pesadas y realizar tareas que requieren más fuerza, como levantar y empujar objetos. El engranaje de accionamiento tiene menos dientes que el engranaje accionado, lo que hace que la salida de par sea 5 veces mayor, mientras que la salida de velocidad es solo 1/5.
- Velocidad reducida: mientras se aumenta el par, se reduce la velocidad del engranaje accionado. La reducción de la velocidad es beneficiosa para las tareas que requieren más control y precisión.
- Eficiencia del motor mejorada: una relación de transmisión más alta permite que el motor funcione de manera más eficiente. Esta relación de transmisión puede reducir el desgaste del motor y prolongar su vida útil.
- Personalización para tareas específicas: esta relación de transmisión se puede integrar con un sistema de engranajes más grande que permite la personalización de las características de rendimiento del robot.
Relación de transmisión 1:5
Aumentar la velocidad (alta velocidad) : con este tipo de relación de transmisión, el objetivo es aumentar la velocidad del motor, como de un motor a una rueda. El engranaje de accionamiento tiene más dientes que el engranaje accionado. Por ejemplo, si un motor acciona un engranaje de 60T a un engranaje accionado de 12T en una rueda, cuando el engranaje de accionamiento de 60T gira una vez, el engranaje accionado de 12T gira cinco (5) veces. Esto se conoce como relación de transmisión 1:5. En este caso, la salida de velocidad es 5/1 veces mayor, sin embargo, la salida de par es 1/5.
Explore el siguiente gráfico para ver cada ángulo de una relación de transmisión de 1:5.
Tren de engranajes
Un tren de engranajes consiste en una serie de engranajes que transmiten movimiento y potencia de una parte del robot a otra. Los trenes de engranajes modifican la velocidad, el par y la dirección del movimiento de rotación. Los trenes de engranajes consisten en engranajes con dientes que engranan entre sí para transmitir el movimiento; ejes que mantienen los engranajes en su lugar y les permiten girar; y collares de eje que ayudan a mantener todos los componentes en su lugar. Las funciones de un tren de engranajes incluyen las siguientes:
- Ajuste de velocidad: los trenes de engranajes aumentan o disminuyen la velocidad de rotación; un engranaje de accionamiento más pequeño que engrana con un engranaje accionado más grande reduce la velocidad pero aumenta el par, mientras que un engranaje de accionamiento más grande que engrana con un engranaje accionado más pequeño aumenta la velocidad pero reduce el par.
Los trenes de engranajes se utilizan para girar ruedas que no están conectadas a un motor.
Notas especiales
Las relaciones para los sistemas de piñones y cadenas funcionan de la misma manera que las relaciones de transmisión. Los sistemas de piñón y cadena tienen la ventaja de que los piñones se pueden colocar a múltiples distancias porque están conectados por una cadena. Sin embargo, los eslabones de la cadena pueden romperse con menos fuerza de la que puede romperse un diente en un engranaje de alta resistencia. Cualquier tipo de rotura deberá repararse para que el robot sea completamente funcional.
Se puede colocar cualquier número de engranajes de cualquier tamaño entre el engranaje de accionamiento y el engranaje accionado en una relación de transmisión simple y no cambiará la relación de transmisión. Por ejemplo, un engranaje de 12T acciona un engranaje de 36T que acciona un engranaje accionado de 60T, la relación de transmisión sigue siendo de 5:1, lo mismo que si el engranaje de 60T fuera accionado directamente por el engranaje de 12T.
Velocidad
La velocidad de rotación es la velocidad a la que gira un objeto. Por ejemplo, el zócalo del eje de un motor inteligente V5 podría girar a 100 revoluciones por minuto o 100 RPM. Como se explicó anteriormente, si se utiliza una relación de transmisión de 5:1, el eje del motor gira un engranaje de accionamiento de 60 dientes y luego gira un engranaje accionado por 12 dientes, el engranaje de 12 dientes girará a una velocidad 5 veces más rápida. Usando el ejemplo anterior, el engranaje de 12 dientes girará a 500 RPM en comparación con las 100 RPM del eje del motor. Si se utiliza una relación de transmisión de 1:5, el eje del motor gira un engranaje de accionamiento de 12 dientes y luego gira un engranaje accionado de 60 dientes, el engranaje de 60 dientes girará a una velocidad de 1/5 tan rápido. Usando el ejemplo anterior de nuevo, el engranaje de 60 dientes girará a 20 RPM en comparación con las 100 RPM del eje del motor.
Entonces, ¿por qué no se usaría siempre la relación de transmisión más rápida posible? Parecería que cuanto más rápido se moviera un robot, más competitivo sería. La primera razón es que hay una velocidad superior a la que se pueden controlar las funciones de un robot. Para un par de ejemplos, si la función es que el robot conduzca, si las ruedas giran demasiado rápido puede ser muy difícil de controlar. Si la función es un brazo que gira hacia arriba y hacia abajo, si gira demasiado rápido, también puede ser difícil de controlar.
Par de torsión
El par es la cantidad de fuerza necesaria para girar una carga a distancia. Los motores tienen una cantidad limitada de torque. Por ejemplo, si un motor inteligente V5 está produciendo 1 Nm (Newton metros) de torque, cuando se utiliza una relación de transmisión de 5:1, el engranaje de 12 dientes accionado generará la entrada de torque del motor, la salida será de 0.2 Nm y con la relación de transmisión de 1:5, el engranaje de 60 dientes generará 5 veces la entrada de torque del motor, la salida será de 5 Nm.
El par es la segunda razón por la que no siempre se puede utilizar la relación de transmisión más rápida posible al diseñar un robot. Es posible cuando se utiliza una relación de transmisión de aumento de velocidad para accionar las ruedas de un robot más rápido, la relación de transmisión puede exceder el par disponible del motor y el robot no se moverá tan rápido ni se moverá en absoluto. También es posible si dos robots que tienen casi el mismo diseño interactúan, el robot con un tren motriz de relación de transmisión más baja probablemente podrá empujar el robot con un tren motriz de relación de transmisión más alta porque el robot de relación de transmisión más baja tendrá más torque. Otro ejemplo es que un brazo no puede girar incluso si está conectado directamente a un eje que se inserta en un motor porque girarlo puede exceder el par disponible del motor. En este caso, se debe utilizar una relación de transmisión de aumento de par para aumentar la salida del par del motor y exceder la cantidad de par que se requiere para girar el brazo.
La velocidad y el par de un motor inteligente V5 se pueden medir utilizando el tablero del motor
Robot Reality
Afortunadamente, las relaciones de transmisión utilizadas con las instrucciones de construcción para el montaje del ClawBot V5 son suficientes para comenzar a diseñar robots personalizados. Muchas transmisiones funcionan bien accionando directamente los ejes de las ruedas o los piñones de la oruga con el motor inteligente V5 con el cartucho de engranajes V5 verde de 200 RPM. Sin embargo, si es necesario colocar una estructura en el diseño, como una torre o una entrada de piezas de juego, donde se encuentra un motor, se puede utilizar una transferencia de potencia mediante ruedas dentadas y cadenas o engranajes, como se explicó anteriormente. Para la mayoría de los brazos, la relación de transmisión de aumento de par de 7:1 explicada anteriormente es suficiente accionando el engranaje de 12T con un motor de 200 RPM y uniendo un engranaje accionado de 84T al brazo. A medida que una ventaja competitiva se vuelve más importante, encontrar el equilibrio "punto óptimo" entre la velocidad y el par se vuelve más importante. Esto se puede lograr utilizando un motor inteligente V5 con uno de los tres cartuchos de engranajes V5 disponibles (rojo:100 RPM, verde: 200 RPM, azul: 600 RPM) y, si es necesario, combinando el motor con una relación de transmisión para aumentar el par o una relación de transmisión para aumentar la velocidad.
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