VEX EDR -järjestelmässä on kahden tyyppisiä hammaspyöriä, Gear Kit ja High Strength Gear Kit (katsoHammaspyörästön valinta). Nämä vaihteet voidaan koota mukauttamaan voimansiirtoa, lisäämään vääntömomenttia tai lisäämään nopeutta. Tämä voidaan tehdä kokoamalla kaksi tai useampi hammaspyörä yhteen vetoakseleille siten, että hammaspyörien hampaat kohtaavat. Moottori antaa voiman yhden vaihteen käyttöakselille.
Välityssuhteet
Yksinkertaiset välityssuhteet käyttävät vain yhtä vaihdetta vetoakselia kohti. Vaihdetta, joka tuottaa tehon tai syötteen, kutsutaan -ajovaihteeksi ja vaihdetta, jota käännetään tai joka vastaa ulostulosta, kutsutaan -vetovaihteeksi. Välityssuhde lasketaan seuraavalla kaavalla:
Katso alla oleva animaatio nähdäksesi esimerkin saman kokoisestavetopyörästä ja varustetusta pyörästä, tässä tapauksessa 60 hammasta ja 60 hammasta.
1:1 välityssuhde
1:1 välityssuhde tarkoittaa, että ajovaihde tekee yhden kierroksen saadakseen ajetusta vaihteesta yhden kierroksen. Tämä välityssuhde tarjoaa seuraavat edut:
- Tasapainotettu nopeus ja vääntömomentti: Koska ajovaihteen ja ajettavan vaihteen välinen suhde on sama, nopeudessa tai vääntömomentissa ei tapahdu muutosta kahden vaihteen välillä. Tämä tasapaino on ihanteellinen sovelluksiin, joissa moottorin luontainen suorituskyky on riittävä.
- Suora tehonsiirto: Tämä välityssuhde varmistaa, että moottorin tuottama teho siirtyy suoraan käytettävään komponenttiin ilman häviötä.
- Yksinkertaistettu suunnittelu: 1:1-välityssuhde yksinkertaistaa robotin mekaanista suunnittelua, mikä tekee suunnittelusta ja rakentamisesta yksinkertaisempaa.
- Ennustettava suorituskyky: Koska tulo- ja lähtönopeudet ovat samat, robotin suorituskyky on paremmin ennustettavissa. Tästä voi olla hyötyä tehtävissä, joissa vaaditaan tasaista suorituskykyä tai joissa tehtävien ajoitus on ratkaisevan tärkeää.
Alla oleva 3D-rakenne näyttää esimerkin 1:1-välityssuhteesta. Vetovaihteessa ja vetovaihteessa on sama määrä hampaita (60T). Moottori pyörittää 60T:n vetovaihdetta kerran saadakseen 60T:n vetovaihteen yhden kierroksen.
5:1 välityssuhde
5:1 välityssuhde tarkoittaa, että ajovaihteen on tehtävä viisi kierrosta, jotta ajettava vaihde ehtii yhden kierroksen. Tämä välityssuhde tarjoaa seuraavat edut:
- Lisääntynyt vääntömomentti: Vääntömomentti on pyörimisvoima, jonka moottori voi kohdistaa robotin osiin. Lisäämällä vääntömomenttia robotti pystyy käsittelemään raskaampia kuormia ja suorittamaan enemmän voimaa vaativia tehtäviä, kuten esineiden nostamista ja työntämistä. Vetovaihteessa on vähemmän hampaita kuin vetävässä vaihteessa, jolloin vääntömomentti on 5 kertaa suurempi, kun nopeus on vain 1/5.
- Alennettu nopeus: Kun vääntömomenttia kasvatetaan, käytetyn vaihteen nopeus pienenee. Nopeuden vähentäminen on hyödyllistä tehtävissä, jotka vaativat enemmän hallintaa ja tarkkuutta.
- Parannettu moottorin hyötysuhde: Suurempi välityssuhde mahdollistaa moottorin toiminnan tehokkaammin. Tämä välityssuhde voi vähentää moottorin kulumista ja pidentää moottorin käyttöikää.
- Räätälöinti tiettyjä tehtäviä varten: Tämä välityssuhde voidaan integroida suurempaan vaihdejärjestelmään, mikä mahdollistaa robotin suorituskykyominaisuuksien mukauttamisen.
Katso alla oleva animaatio ja 3D-rakenne nähdäksesi esimerkkejä paljon pienemmästä hammaspyörästä, joka käyttää paljon suurempaa hammaspyörää, tässä tapauksessa 12 hammasta ja 60 hammasta.
1:5 välityssuhde
Lisää nopeutta (suuri nopeus) - Tämän tyyppisellä välityssuhteella tavoitteena on lisätä nopeutta moottorista, kuten moottorista pyörään. Vetovaihteessa on enemmän hampaita kuin vetovaihteessa. Esimerkiksi, jos moottori käyttää 60T-ratasta pyörän varustetulle 12T-rattaalle, ja kun 60T-vetoratas pyörähtää kerran, 12T-varustettu ratti pyörähtää viisi (5) kertaa. Tätä kutsutaan 1:5-välityssuhteeksi. Tässä tapauksessa nopeuslähtö on 5/1 kertaa niin suuri, mutta vääntömomenttilähtö on 1/5.
Katso alla oleva animaatio ja 3D-rakenne nähdäksesi esimerkkejä paljon suuremmasta hammaspyörästä, joka käyttää paljon pienempää hammaspyörää, tässä tapauksessa 60 hammasta ja 12 hammasta.
Gear Train
-vaihteisto koostuu sarjasta vaihteita, jotka välittävät liikettä ja tehoa robotin yhdestä osasta toiseen. Vaihteistot muokkaavat pyörimisliikkeen nopeutta, vääntömomenttia ja suuntaa. Hammaspyörät koostuvat hammaspyöristä, joissa on hampaat, jotka yhdistyvät liikkeen välittämiseksi; akselit, jotka pitävät vaihteet paikoillaan ja mahdollistavat niiden pyörimisen; ja akselin kaulukset, jotka auttavat pitämään kaikki komponentit paikoillaan. Vaihteiston toiminnot sisältävät seuraavat:
- Nopeuden säätö: Vaihteistot lisäävät tai vähentävät pyörimisnopeutta; pienempi ajovaihde, joka yhdistää suuremman vetovaihteen, vähentää nopeutta, mutta lisää vääntömomenttia, kun taas isompi vetovaihde, joka yhdistää pienemmän vetovaihteen, lisää nopeutta, mutta vähentää vääntöä.
Vaihdelaatikoita käytetään pyörien pyörittämiseen, jotka eivät ole kytkettyinä moottoriin, kuten alla olevissa kahdessa 3D-rakennelmassa on esitetty.
Erityishuomautuksia
Hammaspyörä- ja ketjujärjestelmien välitykset toimivat samalla tavalla kuin välityssuhteet. Hammaspyörä- ja ketjujärjestelmillä on se etu, että ketjupyörät voidaan sijoittaa useille etäisyyksille toisistaan, koska ne on yhdistetty ketjulla. Kuitenkin ketjun lenkit voivat katketa pienemmällä voimalla kuin hammas voi katketa High Strength Gearissa. Kumpikin rikkoutuminen on korjattava, jotta robotti olisi täysin toimiva.
Ajovaihteen ja ajettavan vaihteen väliin voidaan asettaa mikä tahansa määrä minkä tahansa kokoisia vaihteita yksinkertaisella välityssuhteella, eikä se muuta välityssuhdetta. Esimerkiksi 12T vaihde käyttää 36T vaihdetta, joka käyttää 60T vaihdetta, välityssuhde on edelleen 5:1, sama kuin jos 60T vaihde olisi suoraan 12T vaihde.
Nopeus
Pyörimisnopeus on se, kuinka nopeasti jokin pyörii. Se mitataan yleensä kierroksina minuutissa eli RPM. Esimerkiksi V5 Smart Motorin akseli voi pyöriä nopeudella 100 kierrosta minuutissa eli 100 RPM. Vaihdesuhde voi muuttaa lähtötehon pyörimisnopeutta. Tässä artikkelissa välityssuhde kirjoitetaan muodossa varusteltu vaihde : varusteltu vaihde.
Jos käytetään 1:5-välityssuhdetta, 60-hampainen vetopyörä kääntää 12-hampaista varuspyörää. Koska käytettävä hammaspyörä on pienempi, se pyörii viisi kertaa nopeammin kuin moottorin akseli. Jos moottorin akseli pyörii nopeudella 100 rpm, 12-hampainen käytetty hammaspyörä pyörii nopeudella 500 rpm.
Jos käytetään 5:1-välityssuhdetta, 12-hampainen vetopyörä kääntää 60-hampaista varuspyörää. Koska käytettävä hammaspyörä on suurempi, se pyörii viisi kertaa hitaammin kuin moottorin akseli. Jos moottorin akseli pyörii nopeudella 100 rpm, 60-hampainen käytetty hammaspyörä pyörii nopeudella 20 rpm.
Tämä auttaa selittämään, miksi nopein vaihdesuhde ei ole aina paras valinta. Nopeampi robotti saattaa kuulostaa paremmalta, mutta jos pyörät tai varsi liikkuvat liian nopeasti, robotin ohjaaminen voi vaikeutua. Hitaampi välityssuhde voi tehdä liikkeestä helpommin hallittavaa ja tarkempaa.
Vääntömomentti
Vääntömomentti on kiertovoimaa, joka auttaa kääntämään jotakin, kuten pyörää, hammaspyörää tai robottikäsivartta. Moottorit voivat tuottaa vain tietyn määrän vääntömomenttia. Vaihdesuhde voi myös muuttaa lähtövääntömomenttia.
Jos käytetään 1:5-välityssuhdetta, 60-hampainen vetopyörä kääntää 12-hampaista varuspyörää. Tämä saa lähtömomentin pyörimään nopeammin, mutta se myös vähentää lähtömomentin 1/5:een moottorin momentista. Jos moottori tuottaa esimerkiksi 1 Nm vääntömomenttia, lähtömomentti on 0,2 Nm.
Jos käytetään 5:1-välityssuhdetta, 12-hampainen vetopyörä kääntää 60-hampaista varuspyörää. Tämä hidastaa lähtömomentin pyörimistä, mutta lisää lähtömomentin viisinkertaiseksi moottorin vääntömomenttiin verrattuna. Jos moottori tuottaa esimerkiksi 1 Nm vääntömomenttia, lähtömomentti on 5 Nm.
Vääntömomentti on toinen syy siihen, miksi nopeinta vaihdetta ei voida aina käyttää. Jos robotti on suunniteltu nopeammalle, sillä on vähemmän vääntömomenttia. Tämä tarkoittaa, että robotti ei välttämättä työnnä hyvin, pysty nostamaan kättään tai edes liikkumaan haluamallasi tavalla. Esimerkiksi robotti, jolla on enemmän vääntömomenttia, voi olla parempi työntämään toista robottia. Robottikäsi saattaa myös tarvita enemmän vääntömomenttia peliesineiden nostamiseen tai oman painonsa siirtämiseen. Näissä tapauksissa parempi vaihtoehto on välityssuhde, joka lisää vääntömomenttia.
V5 Smart Motorin nopeus ja vääntömomentti voidaan mitata moottorin kojelaudalla
Robotin todellisuus
Onneksi V5 ClawBotin kokoonpanoohjeissa käytetyt välityssuhteet riittävät räätälöityjen robottien suunnittelun aloittamiseen. Monet voimansiirrot toimivat hyvin ohjaamalla suoraan pyörien akseleita tai ketjupyöriä V5 Smart -moottorilla, jossa on vihreä 200 RPM V5-vaihdekasetti. Kuitenkin, jos suunnittelussa oleva rakenne, kuten torni tai pelikappaleen imuaukko, on sijoitettava moottoriin, voidaan käyttää voimansiirtoa, jossa käytetään ketjupyöriä ja ketjuja tai vaihteita, kuten edellä on selitetty. Useimmille käsivarsille edellä selitetty 7:1-vääntömomentin välityssuhde on riittävä ajamalla 12T-vaihdetta 200 rpm:n moottorilla ja kiinnittämällä varteen 84T-vaihteisto. Kun kilpailuetu tulee entistä tärkeämmäksi, nopeuden ja vääntömomentin välisen "sweet spot" -balanssin löytäminen tulee entistä tärkeämmäksi. Tämä voidaan saavuttaa käyttämällä V5 Smart -moottoria jollakin kolmesta saatavilla olevasta V5-vaihdepatruunasta (punainen: 100 rpm, vihreä: 200 rpm, sininen: 600 rpm) ja tarvittaessa yhdistämällä moottorin välityssuhteeseen vääntömomentin lisäämiseksi tai välityssuhde nopeuden lisäämiseksi.
Vaihteita ja muita liikelaitteita voi ostaa VEX Robotics Storesta.