Utilisation des rapports de démultiplication avec le moteur V5

Le système VEX EDR possède deux types d'engrenages droits, le kit d'engrenages et le kit d'engrenages haute résistance (veuillez consulterComment sélectionner un engrenage droit). Ces engrenages peuvent être assemblés pour personnaliser le transfert de puissance, augmenter le couple ou augmenter la vitesse. Cela peut être réalisé en assemblant deux ou plusieurs engrenages ensemble sur des arbres de transmission de sorte que les dents des engrenages s'engrènent. Un moteur alimentera l’arbre de transmission de l’un des engrenages. 

Rapports de démultiplication 

Les rapports de démultiplication simples n'utilisent qu'un seul engrenage par arbre de transmission. L'engrenage qui fournit la puissance, ou l'entrée, est appelé engrenage menant et l'engrenage qui tourne, ou responsable de la sortie, est appelé engrenage mené Le rapport de démultiplication est calculé à l'aide de la formule suivante :

Schéma illustrant les conseils d'assemblage des composants robotiques V5, comprenant des pièces étiquetées et des instructions étape par étape pour guider les utilisateurs dans le processus d'assemblage.

 

  • Couple : La force de rotation que le moteur peut appliquer aux composants du robot.
  • Vitesse : La vitesse de rotation correspond à la vitesse à laquelle un objet tourne. 
  • Transfert de puissance : Le processus de transmission de l'énergie du moteur aux différentes parties du robot pour entraîner les engrenages, les roues ou d'autres composants mécaniques. 

Rapport de démultiplication 1:1 

Un rapport de démultiplication 1: signifie que l'engrenage menant fait un tour pour que l'engrenage mené effectue un tour complet. Ce rapport de démultiplication offre les avantages suivants :

  • Vitesse et couple équilibrés : Étant donné que le rapport entre l'engrenage menant et l'engrenage mené est égal, il n'y a aucun changement de vitesse ou de couple entre les deux engrenages. Cet équilibre est idéal pour les applications où les performances natives du moteur sont suffisantes.
  • Transfert de puissance direct : Ce rapport de démultiplication garantit que la puissance générée par le moteur est directement transférée au composant entraîné sans aucune perte.
  • Conception simplifiée : Un rapport de démultiplication de 1:1 simplifie la conception mécanique du robot, rendant le processus de conception et de construction plus simple.
  • Performances prévisibles : Étant donné que les vitesses d’entrée et de sortie sont identiques, les performances du robot sont plus prévisibles. Cela peut être avantageux pour les tâches où des performances constantes sont requises ou lorsque le timing des tâches est crucial.

Le graphique ci-dessous montre un exemple de rapport de démultiplication 1:1. L'engrenage menant et l'engrenage mené ont le même nombre de dents (60T). Le moteur fait tourner l'engrenage d'entraînement de 60T une fois pour permettre à l'engrenage entraîné de 60T d'effectuer un tour complet. 

 

Rapport de démultiplication 5:1 

Schéma illustrant les conseils d'assemblage pour les composants de la catégorie V5, montrant des instructions étape par étape et des pièces étiquetées pour un assemblage correct.

Un rapport de démultiplication de : signifie que l'engrenage menant doit effectuer cinq tours pour que l'engrenage mené effectue un tour complet. Ce rapport de démultiplication offre les avantages suivants :

  • Couple accru : Le couple est la force de rotation que le moteur peut appliquer aux composants du robot. En augmentant le couple, un robot peut supporter des charges plus lourdes et effectuer des tâches qui nécessitent plus de force, comme soulever et pousser des objets. L'engrenage menant a moins de dents que l'engrenage mené, ce qui fait que le couple de sortie est 5 fois plus élevé alors que la vitesse de sortie n'est que de 1/5. 
  • Vitesse réduite : Lorsque le couple augmente, la vitesse de l'engrenage entraîné est réduite. La réduction de la vitesse est bénéfique pour les tâches qui nécessitent plus de contrôle et de précision.
  • Efficacité du moteur améliorée : Un rapport de démultiplication plus élevé permet au moteur de fonctionner plus efficacement. Ce rapport de démultiplication peut réduire l’usure du moteur et prolonger sa durée de vie.
  • Personnalisation pour des tâches spécifiques : Ce rapport de démultiplication peut être intégré à un systèmeengrenage plus grand permettant la personnalisation des caractéristiques de performance du robot.

Rapport de démultiplication 1:5 

Schéma illustrant les conseils d'assemblage des composants robotiques V5, comprenant des pièces étiquetées et des étapes d'assemblage pour guider les utilisateurs dans la construction efficace de leurs projets.

Augmentation de la vitesse (vitesse élevée) - Avec ce type de rapport de démultiplication, l'objectif est d'augmenter la vitesse du moteur, par exemple d'un moteur à une roue. L'engrenage menant a plus de dents que l'engrenage mené. Par exemple, si un moteur entraîne un engrenage de 60T vers un engrenage entraîné de 12T sur une roue,lorsque l'engrenage d'entraînement de 60T tourne une fois, l'engrenage entraîné de 12T tourne cinq (5) fois. C'est ce qu'on appelle un rapport de démultiplication 1:5. Dans ce cas, la vitesse de sortie est 5/1 fois plus élevée, mais le couple de sortie est de 1/5.

Explorez le graphique suivant pour visualiser chaque angle d’un rapport de démultiplication de 1:5. 

Train d'engrenages 

Un train d'engrenages se compose d'une série d'engrenages qui transmettent le mouvement et la puissance d'une partie du robot à une autre. Les trains d'engrenages modifient la vitesse, le couple et la direction du mouvement de rotation. Les trains d'engrenages sont constitués d'engrenages dont les dents s'engrènent pour transmettre le mouvement ; d'arbres qui maintiennent les engrenages en place et leur permettent de tourner ; et de colliers d'arbre qui aident à maintenir tous les composants en place. Les fonctions d'un train d'engrenages comprennent les suivantes :

  • Réglage de la vitesse : Les trains d'engrenages augmentent ou diminuent la vitesse de rotation ; un engrenage menant plus petit engrenant avec un engrenage mené plus grand réduit la vitesse mais augmente le couple, tandis qu'un engrenage menant plus grand engrenant avec un engrenage mené plus petit augmente la vitesse mais réduit le couple.

Les trains d'engrenages sont utilisés pour faire tourner des roues qui ne sont pas reliées à un moteur. 

Remarques spéciales

Schéma illustrant les conseils d'assemblage pour les composants de la catégorie V5, comprenant des pièces étiquetées et des étapes d'assemblage pour guider les utilisateurs dans la construction efficace de projets de robotique V5.

Les rapports des systèmes pignon et chaîne fonctionnent de la même manière que les rapports de démultiplication. Les systèmes à pignons et à chaîne présentent l'avantage que les pignons peuvent être placés à plusieurs distances les uns des autres car ils sont reliés par une chaîne. Cependant, les maillons de la chaîne peuvent se briser avec moins de force qu'une dent sur un engrenage à haute résistance. Les deux types de casse devront être réparés pour que le robot soit pleinement fonctionnel.

N'importe quel nombre d'engrenages de n'importe quelle taille peut être placé entre l'engrenage menant et l'engrenage mené dans un rapport de démultiplication simple et cela ne modifiera pas le rapport de démultiplication. Par exemple, un engrenage 12T entraîne un engrenage 36T qui entraîne un engrenage entraîné 60T, le rapport de démultiplication est toujours de 5:1, comme si l'engrenage 60T était entraîné directement par l'engrenage 12T.

Vitesse

La vitesse de rotation est la vitesse à laquelle un objet tourne. Par exemple, l'arbre d'un moteur intelligent V5 pourrait tourner à 100 tours par minute ou 100 tr/min. Comme expliqué ci-dessus, si un rapport de démultiplication de 5:1 est utilisé, un engrenage d'entraînement de 60 dents est tourné par l'arbre du moteur, puis il tourne un engrenage entraîné de 12 dents, l'engrenage de 12 dents tournera à une vitesse 5 fois plus rapide. En utilisant l'exemple ci-dessus, l'engrenage à 12 dents tournera alors à 500 tr/min par rapport aux 100 tr/min de l'arbre du moteur. Si un rapport de démultiplication de 1:5 est utilisé, un engrenage d'entraînement à 12 dents est entraîné par l'arbre du moteur, puis il entraîne un engrenage entraîné à 60 dents, l'engrenage à 60 dents tournera à une vitesse 1/5 fois plus rapide. En reprenant l'exemple ci-dessus, l'engrenage à 60 dents tournera à 20 tr/min par rapport aux 100 tr/min de l'arbre du moteur. 

Alors pourquoi ne pas toujours utiliser le rapport de démultiplication le plus rapide possible ? Il semblerait que plus un robot pourrait se déplacer rapidement, plus il serait compétitif. La première raison est qu’il existe une vitesse supérieure à laquelle les fonctions d’un robot peuvent être contrôlées. Pour prendre quelques exemples, si la fonction est le robot qui se déplace, si les roues tournent trop vite, il peut être très difficile de le contrôler. Si la fonction est un bras qui tourne de haut en bas, s'il tourne trop vite, il peut également être difficile à contrôler.

Couple

Le couple est la quantité de force nécessaire pour faire tourner une charge à une certaine distance. Les moteurs ont un couple limité. Par exemple, si un moteur V5 Smart produit 1 Nm (Newton-mètres) de couple, lorsqu'un rapport de démultiplication de 5:1 est utilisé, l'engrenage à 12 dents entraîné produira ⅕ du couple d'entrée du moteur, le rendement sera de 0,2 Nm et avec le rapport de démultiplication de 1:5, l'engrenage à 60 dents produira 5 fois le couple d'entrée du moteur, le rendement sera de 5 Nm. 

Le couple est la deuxième raison pour laquelle le rapport de démultiplication le plus rapide possible ne peut pas toujours être utilisé lors de la conception d'un robot. Il est possible que lorsqu'un rapport de vitesse accru est utilisé pour entraîner les roues d'un robot plus rapidement, le rapport de vitesse puisse dépasser le couple disponible du moteur et le robot ne se déplacera pas aussi vite ou ne se déplacera pas du tout. Il est également possible que si deux robots ayant presque la même conception interagissent, le robot avec une transmission à rapport de démultiplication inférieur sera probablement capable de pousser le robot avec une transmission à rapport de démultiplication supérieur, car le robot avec un rapport de démultiplication inférieur aura plus de couple. Un autre exemple est qu'un bras peut ne pas tourner même s'il est directement attaché à un arbre inséré dans un moteur, car sa rotation peut dépasser le couple disponible du moteur. Dans ce cas, un rapport de démultiplication de couple accru doit être utilisé pour augmenter le couple de sortie du moteur et dépasser la quantité de couple nécessaire pour faire tourner le bras.

La vitesse et le couple d'un moteur intelligent V5 peuvent être mesurés à l'aide du tableau de bord du moteur

La réalité des robots

Heureusement, les rapports de démultiplication utilisés avec les instructions de construction pour l'assemblage du V5 ClawBot sont suffisants pour commencer à concevoir des robots personnalisés. De nombreuses transmissions fonctionnent bien en entraînant directement les arbres des roues ou les pignons de chenille avec le moteur intelligent V5 avec la cartouche d'engrenages V5 verte de 200 tr/min. Cependant, si une structure dans la conception, telle qu'une tour ou une prise d'air pour pièces de jeu, doit être placée à l'endroit où se trouve un moteur, un transfert de puissance utilisant des pignons et une chaîne ou des engrenages tels qu'expliqués ci-dessus peut être utilisé. Pour la plupart des bras, le rapport de couple d'augmentation de 7:1 expliqué ci-dessus est suffisant en entraînant l'engrenage 12T avec un moteur à 200 tr/min et en fixant un engrenage entraîné 84T au bras. À mesure que l’avantage concurrentiel devient plus important, il devient de plus en plus important de trouver le « juste équilibre » entre vitesse et couple. Cela peut être accompli en utilisant un moteur intelligent V5 avec l'une des trois cartouches d'engrenages V5 disponibles (rouge : 100 tr/min, vert : 200 tr/min, bleu : 600 tr/min) et, si nécessaire, en combinant le moteur avec un rapport de démultiplication pour augmenter le couple ou un rapport de démultiplication pour augmenter la vitesse.

Les engrenages et autres matériels de mouvement peuvent être achetés sur https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.

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