Uso de relaciones de transmisión con el motor V5

El sistema VEX EDR tiene dos tipos de engranajes rectos, el kit de engranajes y el kit de engranajes de alta resistencia (consulteCómo seleccionar un engranaje recto). Estos engranajes se pueden ensamblar para personalizar la transferencia de potencia, aumentar el torque o aumentar la velocidad. Esto se puede hacer ensamblando dos o más engranajes juntos en ejes de transmisión de modo que los dientes de los engranajes queden entremezclados. Un motor accionará el eje de transmisión de uno de los engranajes. 

Relaciones de transmisión 

Las relaciones de transmisión simples utilizan solo un engranaje por eje de transmisión. El engranaje que proporciona la potencia, o entrada, se llama engranaje impulsor y el engranaje que gira, o es responsable de la salida, se llama engranaje impulsado La relación de transmisión se calcula utilizando la siguiente fórmula:

Diagrama que ilustra consejos de montaje para componentes robóticos V5, con piezas etiquetadas e instrucciones paso a paso para guiar a los usuarios en el proceso de montaje.

 

  • Par: La fuerza de rotación que el motor puede aplicar a los componentes del robot.
  • Velocidad: La velocidad de rotación es la rapidez con la que gira un objeto. 
  • Transferencia de potencia: El proceso de transmitir energía desde el motor a las distintas partes del robot para impulsar los engranajes, ruedas u otros componentes mecánicos. 

Relación de transmisión 1:1 

Relación de engranajes 1:1 significa que el engranaje impulsor hace una revolución para hacer que el engranaje impulsado complete una revolución. Esta relación de transmisión proporciona las siguientes ventajas:

  • Velocidad y par equilibrados: Debido a que la relación entre el engranaje impulsor y el engranaje impulsado 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 directa de potencia: Esta relación de transmisión garantiza que la potencia generada por el motor se transfiera directamente al componente impulsado sin ninguna pérdida.
  • Diseño simplificado: Una relación de engranaje de 1:1 simplifica el diseño mecánico del robot, lo que hace 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 ejecución de las tareas es crucial.

El gráfico a continuación muestra un ejemplo de una relación de transmisión de 1:1. El engranaje impulsor y el engranaje impulsado tienen el mismo número de dientes (60T). El motor hace girar el engranaje impulsor de 60T una vez para hacer que el engranaje impulsado de 60T complete una revolución. 

 

Relación de transmisión 5:1 

Diagrama que ilustra consejos de montaje para componentes de la categoría V5, mostrando instrucciones paso a paso y piezas etiquetadas para un montaje adecuado.

Una relación de engranajes de : significa que el engranaje impulsor debe realizar cinco revoluciones para que el engranaje impulsado complete una revolución. Esta relación de transmisión proporciona las siguientes ventajas:

  • Par aumentado: El par 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 impulsor tiene menos dientes que el engranaje impulsado, lo que hace que la salida de torque sea 5 veces mayor, mientras que la salida de velocidad es solo 1/5. 
  • Velocidad reducida: Mientras aumenta el torque, se reduce la velocidad del engranaje impulsado. La reducción de velocidad es beneficiosa para 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 engranajes se puede integrar con un sistema de engranajes más grande, lo que permite personalizar las características de rendimiento del robot.

Relación de transmisión 1:5 

Diagrama que ilustra consejos de montaje para componentes robóticos V5, con piezas etiquetadas y pasos de montaje para guiar a los usuarios en la construcción de sus proyectos de manera efectiva.

Aumentar velocidad (alta velocidad) - Con este tipo de relación de transmisión, el objetivo es aumentar la velocidad del motor, como por ejemplo de un motor a una rueda. El engranaje impulsor tiene más dientes que el engranaje impulsado. Por ejemplo, si un motor impulsa un engranaje de 60T a un engranaje impulsado de 12T en una ruedacuando el engranaje impulsor de 60T gira una vez, el engranaje impulsado de 12T gira cinco (5) veces. Esto se conoce como una relación de transmisión de 1:5. En este caso, la velocidad de salida 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 consta de 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 constan de engranajes con dientes que engranan entre sí para transmitir 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 impulsor más pequeño engranado con un engranaje impulsado más grande reduce la velocidad pero aumenta el torque, mientras que un engranaje impulsor más grande engranado con un engranaje impulsado más pequeño aumenta la velocidad pero reduce el torque.

Los trenes de engranajes se utilizan para girar ruedas que no están conectadas a un motor. 

Notas especiales

Diagrama que ilustra consejos de ensamblaje para componentes de la categoría V5, con piezas etiquetadas y pasos de ensamblaje para guiar a los usuarios en la construcción efectiva de proyectos de robótica V5.

Las relaciones de los sistemas de piñones y cadenas funcionan de la misma manera que las relaciones de engranaje. Los sistemas de piñones y cadenas tienen la ventaja de que los piñones se pueden colocar a múltiples distancias entre sí porque están conectados por una cadena. Sin embargo, los eslabones de la cadena pueden romperse con menos fuerza que la que puede romperse un diente en un engranaje de alta resistencia. Cualquier tipo de avería deberá ser reparada para que el robot funcione plenamente.

Se puede colocar cualquier cantidad de engranajes de cualquier tamaño entre el engranaje impulsor y el engranaje impulsado en una relación de transmisión simple y no cambiará la relación de transmisión. Por ejemplo, un engranaje de 12T impulsa un engranaje de 36T que impulsa un engranaje impulsado de 60T, la relación de transmisión sigue siendo 5:1, lo mismo que si el engranaje de 60T fuera impulsado directamente por el engranaje de 12T.

Velocidad

La velocidad de rotación es la rapidez con la que gira un objeto. Por ejemplo, el eje del motor inteligente V5 podría girar a 100 revoluciones por minuto o 100 RPM. Como se explicó anteriormente, si se utiliza una relación de engranaje de 5:1, un engranaje impulsor de 60 dientes gira mediante el eje del motor y luego gira un engranaje impulsado de 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 engranaje de 1:5, un engranaje impulsor de 12 dientes gira mediante el eje del motor y luego gira un engranaje impulsado de 60 dientes; el engranaje de 60 dientes girará a una velocidad 1/5 más rápida. Usando nuevamente el ejemplo anterior, el engranaje de 60 dientes girará a 20 RPM en comparación con las 100 RPM del eje del motor. 

Entonces, ¿por qué no se utilizaría siempre la relación de transmisión más rápida posible? Parecería que cuanto más rápido pudiera moverse un robot, más competitivo sería. La primera razón es que existe una velocidad máxima a la que se pueden controlar las funciones de un robot. Por ejemplo, si la función es conducir un robot, si las ruedas giran demasiado rápido puede resultar muy difícil controlarlo. Si la función es un brazo que gira hacia arriba y hacia abajo, si gira demasiado rápido, también puede ser difícil de controlar.

Esfuerzo de torsión

El torque es la cantidad de fuerza necesaria para rotar una carga a una distancia. Los motores tienen una cantidad limitada de torque. Por ejemplo, si un motor V5 Smart produce 1 Nm (Newton metro) de torque, cuando se usa una relación de engranaje de 5:1, el engranaje impulsado de 12 dientes generará ⅕ del torque de entrada del motor, la salida será de 0,2 Nm y con la relación de engranaje de 1:5, el engranaje de 60 dientes generará 5 veces el torque de entrada del motor, la salida será de 5 Nm. 

El torque 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 que cuando se utiliza una relación de transmisión de mayor velocidad para impulsar las ruedas de un robot más rápido, la relación de transmisión exceda el torque disponible del motor y el robot no se mueva tan rápido o no se mueva en absoluto. También es posible que si dos robots que tienen casi el mismo diseño interactúan, el robot con una relación de transmisión más baja probablemente pueda empujar al robot con una relación de transmisión más alta porque el robot con una relación de transmisión más baja tendrá más torque. Otro ejemplo es que un brazo puede no girar incluso si está conectado directamente a un eje insertado en un motor porque girarlo puede exceder el torque disponible del motor. En este caso, se necesita utilizar una relación de transmisión de mayor torque para aumentar la salida de torque del motor y superar la cantidad de torque que se requiere para girar el brazo.

La velocidad y el torque de un motor inteligente V5 se pueden medir usando el Panel de control del motor

Realidad robótica

Afortunadamente, las relaciones de engranaje utilizadas con las instrucciones de construcción para el ensamblaje del V5 ClawBot son suficientes para comenzar a diseñar robots personalizados. Muchos sistemas de transmisión funcionan bien al accionar directamente los ejes de las ruedas o los piñones de las cadenas con el motor inteligente V5 con el cartucho de engranaje V5 verde de 200 RPM. Sin embargo, si una estructura en el diseño, como una torre o una entrada de piezas de juego, necesita colocarse donde se ubica un motor, se puede utilizar una transferencia de potencia utilizando ruedas dentadas y cadenas o engranajes como se explicó anteriormente. Para la mayoría de los brazos, la relación de engranaje de torque incrementada de 7:1 explicada anteriormente es suficiente impulsando el engranaje de 12T con un motor de 200 RPM y conectando un engranaje impulsado de 84T al brazo. A medida que la ventaja competitiva se vuelve más importante, encontrar el equilibrio ideal entre velocidad y torque 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 engranaje para aumentar el torque o una relación de engranaje para aumentar la velocidad.

Se pueden comprar engranajes y otros accesorios de movimiento en https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.

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