Uso de engranajes, piñones y poleas de plástico VEX IQ

A medida que los nuevos usuarios comienzan a ensamblar sus propios diseños de robots personalizados, en algún momento pueden querer más de sus motores VEX IQ Smart. Los motores inteligentes VEX IQ tienen quizás el mejor rendimiento y detección de cualquier sistema robótico instantáneo disponible. No obstante, los usuarios podrían querer que los motores muevan las cosas más rápido, levanten cosas más pesadas o muevan los mecanismos lejos del motor. Los engranajes, ruedas dentadas y poleas VEX IQ pueden permitir que se cumplan estos requisitos.

Engranajes Piñones Poleas
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Relaciones de salida / entrada

Cuando se habla de engranajes / piñones / poleas de plástico VEX, se utilizan algunos términos estándar:

  • Conducción / Entrada: este es el engranaje / piñón / polea colocada en el eje que un motor inteligente está forzando a girar.
  • Impulsado / Salida: este es el engranaje / piñón / polea colocado en el eje del componente (como una rueda o un brazo) que se verá obligado a girar desde la entrada.
  • Velocidad de rotación: esto es lo rápido que gira un eje, comúnmente medido en cuántas veces gira en un minuto, también conocido como revoluciones por minuto (rpm).
  • Torque: esta es la cantidad de fuerza necesaria para rotar una carga a una distancia. Por ejemplo, se necesita más torque para rotar un brazo más largo o cuando hay más peso sobre el brazo. También se necesita más torque para hacer girar una rueda de mayor diámetro, o cuando una rueda está moviendo algo pesado. El par se mide comúnmente en la unidad métrica que combina la fuerza y la distancia, llamada newton-metro (Nm).

Hay dos principios que ayudarán a los usuarios a comprender cómo utilizar engranajes, ruedas dentadas y poleas de plástico VEX:

Par mayor: Cuando el engranaje / piñón / polea de entrada (componente) tiene un diámetro menor que el componente de salida, esto aumentará el par de salida del sistema. Sin embargo, disminuirá proporcionalmente la velocidad de rotación de salida del sistema. En otras palabras, si el motor no puede levantar un brazo, el motor debe tener un componente más pequeño que impulse un componente más grande en el eje del brazo.

Par de aumento de engranajes Piñón Aumentar Par Aumentar el par de polea
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Velocidad aumentada: Cuando el componente de entrada tiene un diámetro mayor que el componente de salida, esto aumentará la velocidad de rotación de salida de el sistema. Sin embargo, disminuirá proporcionalmente el par de salida del sistema. Por ejemplo, si un usuario quiere que una rueda gire más rápido de lo que puede girar el motor, el motor debe tener un componente más grande que impulse un componente más pequeño en el eje de la rueda.

Velocidad de aumento de engranajes Piñón Aumentar la velocidad Velocidad de aumento de polea
IQ_Increase_Speed-Gear.png IQ_Increase_Speed-Sprocket.png IQ_Increase_Speed-Pulley.png

La cantidad de estas relaciones se puede calcular mediante una relación de entrada / salida. Esto es:

  • El número de dientes del engranaje de salida / el número de dientes del engranaje de entrada da como resultado la relación del engranaje de par.
  • El número de dientes de la rueda dentada de salida / el número de dientes de la rueda dentada de entrada da como resultado la relación de la rueda dentada de torsión.
  • El diámetro de la polea de salida / el diámetro de la polea de entrada da como resultado la relación de la polea de torsión.

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Relaciones de engranajes de plástico VEX (60 dientes, 36 dientes, 12 dientes)

Engranaje de salida Engranaje de entrada Relación de transmisión Salida para entrada de motor de 100 RPM Salida para entrada de motor de 0,4 Nm
60 dientes 12 dientes 5: 1 20 rpm 2,0 Nm
36 dientes 12 dientes 3: 1 33 rpm 1,2 Nm
60 dientes 36 dientes 5: 3 60 rpm 0,67 Nm
36 dientes 60 dientes 3: 5 167 rpm 0,24 Nm
12 dientes 36 dientes 1: 3 300 rpm 0,13 Nm
12 dientes 60 dientes 1: 5 500 rpm 0,08 Nm

(Los engranajes de 24 y 48 dientes están disponibles en un paquete adicional)

 

A partir de la tabla de relación de engranajes de plástico VEX anterior, debería ser evidente que las relaciones pueden cambiar drásticamente la cantidad de velocidad de rotación de salida y el par de salida de un motor inteligente. Es importante darse cuenta de que cuando se utilizan relaciones de entrada / salida, estas no tienen en cuenta la fricción y otros factores en el sistema del robot.

Por ejemplo, podría ser tentador construir una relación de transmisión de 1: 5 para el tren de transmisión para que el robot se mueva muy rápido (500 rpm). Hay varios factores que hacen que esto no sea práctico. Primero, los engranajes de 60 dientes son más grandes que las ruedas de desplazamiento estándar de 200 mm, por lo que el engranaje mantendrá la rueda del suelo. Además, el par de salida será tan pequeño (0,08 Nm) que es posible que Smart Motor no pueda mover la rueda / robot. Incluso si fuera posible utilizar esta relación, si el robot se moviera a cinco veces su velocidad normal, sería muy difícil de controlar.

Este ejemplo ilustra cómo cuando se utilizan relaciones de salida / entrada, el objetivo es encontrar un equilibrio de "punto óptimo" entre el par y la velocidad. También es importante asegurarse de que los componentes encajen en el diseño del robot.

Los piñones de plástico VEX tienen cinco tamaños diferentes de piñones (piñón de 8 dientes, piñón de 16 dientes, piñón de 24 dientes, piñón de 32 dientes, piñón de 40 dientes) que se pueden combinar. Las poleas de plástico VEX tienen cuatro tamaños disponibles (10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm).

Transferencia de poder

También se pueden utilizar engranajes, ruedas dentadas y poleas de plástico VEX para la transferencia de potencia. Esto es necesario cuando un diseño no permite que un motor inteligente impulse directamente el eje de una rueda u otro componente. En este caso, los engranajes / piñones / poleas de entrada y salida serán del mismo tamaño, por lo que no habrá cambios en el par o la velocidad de rotación. Esto a menudo se denomina relación 1: 1.

Algunos ejemplos de esto pueden incluir:

  • Un tren motriz puede accionar ambas ruedas de un lado al conducir directamente una rueda con un motor inteligente y accionar la otra rueda conectándolas con piñones y cadena 1: 1.
  • Un tren motriz puede tener 3 marchas (o cualquier otro número impar) en una serie y tener una rueda unida a la primera marcha y una rueda unida a la última marcha. Si todos los engranajes son del mismo tamaño, el motor puede accionar cualquiera de los engranajes.

Tenga en cuenta que cuando utilice marchas dentro de un tren motriz, es importante tener un número impar de marchas entre las ruedas. Esto se debe a que cuando un engranaje impulsa a otro, giran en direcciones opuestas. Un número par de engranajes entre ruedas hará que las dos ruedas giren una contra la otra.

Piñones de transferencia de energía Engranajes de transferencia de energía
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Decidir qué componente utilizar: engranajes, ruedas dentadas o poleas

Hay una serie de factores que determinan si Gears, Sprockets. o Las poleas deben usarse con un diseño de robot. Algunos de estos incluyen:

Engranajes: Los engranajes son una de las tres opciones de componentes más confiables. A menos que haya un espacio demasiado grande entre los soportes de los ejes de engranajes, lo que permite que los ejes se flexionen lo suficiente como para que los dientes de los dos engranajes se separen; con engranajes, cuando el engranaje de entrada gira, el engranaje de salida gira. Sin embargo, hay algunos inconvenientes:

  • Los engranajes deben disponerse a distancias fijas entre sí de modo que los dientes de un engranaje se engranen con los dientes del siguiente.
  • Los engranajes deben alinearse en línea recta entre sí. (Excepción notada: para mezclar engranajes de 12/36/50 dientes "Primarios" con engranajes de 24/48 "Secundarios". Los engranajes secundarios deben compensarse en medio paso o deben usar el orificio central adicional en las vigas 1x de longitud uniforme).
  • Como se mencionó anteriormente, un número impar de engranajes en una línea hará que los engranajes de entrada y salida giren en la misma dirección, y un número par hará que los engranajes de entrada / salida giren en direcciones opuestas.

Mezcla de engranajes de dientes "primarios" 12/36/60 con engranajes "secundarios" de 24/48

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Nota especial: cuando se utiliza una relación de transmisión, solo es necesario considerar el tamaño del engranaje de entrada y el último tamaño del engranaje de salida. Cualquier engranaje entre esos dos engranajes solo transfiere el movimiento y sus tamaños no tienen ningún efecto en la relación de engranajes.

Los engranajes de plástico VEX también tienen engranajes de corona que permitirán una conexión de 90o entre engranajes. También hay engranajes helicoidales y un diferencial & Paquete de engranajes cónicos que permiten esto.

Corona de engranajes Diferenciales & engranajes cónicos Engranajes helicoidales
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Además, los engranajes de cremallera de plástico VEX del kit complementario de engranajes permitirán un movimiento lineal.

Engranajes de cremallera
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Piñones: Los piñones también son una buena opción. Sus ejes se pueden separar en cualquier número de distancias de paso diferentes porque la cadena se ensambla a partir de eslabones individuales que se pueden ensamblar en longitudes personalizadas. La rueda dentada de entrada y la rueda dentada de salida siempre girarán en la misma dirección. La rueda dentada impulsora debe tener al menos 120o de cadena envuelta alrededor de ella o la cadena puede saltar dientes en la rueda dentada. Los piñones también se pueden conectar junto con Tank Tread.

Poleas: Las poleas están diseñadas para cargas ligeras. Están limitados por las distancias entre las que se pueden separar las longitudes de las correas de goma disponibles (30 mm. 40 mm. 50 mm. 60 mm). Al igual que los piñones, la polea de entrada y la polea de salida giran en la misma dirección. Las correas de goma para el sistema de polea son suaves. Las correas se deslizarán si la carga que el sistema intenta mover es demasiado grande. (Nota: las correas de goma se pueden cruzar para invertir la dirección de la polea de salida).

Ya sea que el diseño del robot utilice engranajes, ruedas dentadas o poleas, hay una gran variedad de opciones para cambiar la relación de salida / entrada o la transferencia de potencia de los motores inteligentes VEX IQ.

Peligro de seguridad:
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Puntos de pellizco

Asegúrese de evitar que los dedos, la ropa, los cables y otros objetos queden atrapados entre los componentes en movimiento.