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:
Vea la animación a continuación para ver un ejemplo de un engranaje de accionamiento y un engranaje accionado del mismo tamaño, en este caso 60 dientes y 60 dientes.
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.
La construcción 3D a continuación 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.
Vea la animación y la construcción 3D a continuación para ver ejemplos de un engranaje mucho más pequeño que conduce un engranaje mucho más grande, en este caso 12 dientes y 60 dientes.
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.
Vea la animación y la construcción 3D a continuación para ver ejemplos de un engranaje mucho más grande que conduce un engranaje mucho más pequeño, en este caso 60 dientes y 12 dientes.
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, como se muestra en las dos construcciones 3D a continuación.
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 rapidez con la que algo gira. Por lo general, se mide en revoluciones por minuto o RPM. Por ejemplo, un eje del motor inteligente V5 podría girar a 100 revoluciones por minuto, o 100 RPM. Una relación de transmisión puede cambiar la rapidez con la que gira la salida. En este artículo, la relación de transmisión se escribe como engranaje conducido: engranaje conductor.
Si se utiliza una relación de transmisión de 1:5, un engranaje de accionamiento de 60 dientes hace girar un engranaje accionado de 12 dientes. Debido a que el engranaje accionado es más pequeño, gira 5 veces más rápido que el eje del motor. Si el eje del motor gira a 100 RPM, el engranaje accionado de 12 dientes girará a 500 RPM.
Si se utiliza una relación de transmisión de 5:1, un engranaje de accionamiento de 12 dientes hace girar un engranaje accionado de 60 dientes. Debido a que el engranaje accionado es más grande, gira 5 veces más lento que el eje del motor. Si el eje del motor gira a 100 RPM, el engranaje accionado de 60 dientes girará a 20 RPM.
Esto ayuda a explicar por qué la relación de transmisión más rápida no siempre es la mejor opción. Un robot más rápido puede sonar mejor, pero si las ruedas o el brazo se mueven demasiado rápido, el robot puede volverse más difícil de controlar. Una relación de transmisión más lenta puede hacer que el movimiento sea más fácil de controlar y más preciso.
Par de torsión
El torque es una fuerza de torsión que ayuda a girar algo, como una rueda, un engranaje o un brazo de robot. Los motores solo pueden producir una cierta cantidad de torque. Una relación de transmisión también puede cambiar la cantidad de torque que tiene la salida.
Si se utiliza una relación de transmisión de 1:5, un engranaje de accionamiento de 60 dientes hace girar un engranaje accionado de 12 dientes. Esto hace que la salida gire más rápido, pero también reduce el par de salida a 1/5 del par del motor. Por ejemplo, si el motor produce 1 Nm de par, el par de salida será de 0,2 Nm.
Si se utiliza una relación de transmisión de 5:1, un engranaje de accionamiento de 12 dientes hace girar un engranaje accionado de 60 dientes. Esto hace que el giro de salida sea más lento, pero aumenta el par de salida a 5 veces el par del motor. Por ejemplo, si el motor produce 1 Nm de par, el par de salida será de 5 Nm.
El par de torsión es otra razón por la que no siempre se puede utilizar la relación de transmisión más rápida. Si un robot está orientado a más velocidad, tiene menos torque. Eso significa que es posible que el robot no empuje bien, no pueda levantar un brazo o incluso no se mueva de la manera que usted desea. Por ejemplo, un robot con más torque puede ser mejor para empujar a otro robot. Un brazo robótico también puede necesitar más torque para levantar objetos del juego o mover su propio peso. En esos casos, una relación de transmisión que aumente el par es la mejor opción.
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.
Los engranajes y otros herrajes de movimiento se pueden comprar en la tienda VEX Robotics.