Utilisation des rapports de démultiplication avec le moteur V5

Le système VEX EDR comporte deux types d'engrenages droits, le kit d'engrenages et le kit d'engrenages haute résistance (voirComment sélectionner un engrenage droit). Ces engrenages peuvent être assemblés pour le transfert de puissance, pour augmenter le couple ou pour augmenter la vitesse. Cela peut être fait en assemblant deux ou plusieurs engrenages ensemble sur des arbres de transmission de manière à ce que leurs dents s'engrènent. Un moteur entraînera l’arbre d’entraînement de l’un des engrenages.

Rapports de démultiplication simples

Les rapports de démultiplication simples n'utilisent qu'un seul engrenage par arbre de transmission et peuvent être utilisés pour le transfert de puissance, l'augmentation du couple ou l'augmentation de la vitesse. L'engrenage qui fournit la puissance ou l'entrée est appelé engrenage menant et l'engrenage qui est tourné ou produit est appelé engrenage mené.

Transfert de puissance - Avec ce type de rapport de démultiplication, l'objectif est de transférer la puissance d'un endroit à un autre, par exemple d'un moteur à une roue qui n'est pas directement attachée au moteur. Le pignon menant et le pignon mené ont le même nombre de dents. Par exemple, le moteur entraîne un engrenage de 60 dents (60T) vers un engrenage entraîné de 60T sur une roue. Le moteur fait tourner l'engrenage menant 60T une fois en faisant tourner une fois l'engrenage mené 60T sur la roue. C'est ce qu'on appelle un rapport de 1:1.

Augmenter le couple (basse vitesse)- Avec ce type de rapport de démultiplication, l'objectif est d'augmenter le couple du moteur comme d'un moteur vers un bras. Le pignon menant a moins de dents que le pignon mené. Par exemple, si un moteur entraîne un engrenage 12T vers un engrenage mené 60T sur un bras, l'engrenage menant 12T doit tourner 5 fois pour faire tourner l'engrenage mené 60T une fois. C’est ce qu’on appelle un ratio de 5 : 1. Le couple de sortie est 5 fois plus élevé, cependant, la vitesse de sortie n'est que de 1/5.

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

Notes spéciales

Les rapports des systèmes à pignons et à chaînes fonctionnent de la même manière que les rapports de démultiplication. Les systèmes de pignons et de chaînes 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 ne peut se briser sur un engrenage à haute résistance. L’un ou l’autre type de casse devra être réparé 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 mené 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, la douille d'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 menant à 60 dents est entraîné par l'arbre du moteur, puis il fait tourner un engrenage mené à 12 dents, l'engrenage à 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 menant à 12 dents est tourné par l'arbre du moteur, puis il fait tourner un engrenage mené à 60 dents, l'engrenage à 60 dents tournera à une vitesse 1/5 aussi 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 le rapport de démultiplication le plus rapide possible ne serait-il pas toujours utilisé ? 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 quelques exemples, si la fonction est celle du robot qui se déplace, si les roues tournent trop vite, cela peut être très difficile à 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 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 entraîné à 12 dents produira ⅕ du couple d'entrée du moteur, la sortie sera de 0,2 Nm et avec le Rapport de transmission 1:5, l'engrenage à 60 dents produira 5 fois le couple d'entrée du moteur, la sortie sera de 5 Nm. 

Le couple est la deuxième raison pour laquelle le rapport de transmission 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 démultiplication augmentant la vitesse est utilisé pour entraîner les roues d'un robot plus rapidement, le rapport de démultiplication puisse dépasser le couple disponible du moteur et le robot ne se déplacera pas aussi vite, voire ne bougera 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 plus élevé car le robot à 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 d'engrenage d'augmentation du couple doit être utilisé pour augmenter la puissance du couple 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.

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 de roues ou les pignons de chenille avec le moteur intelligent V5 doté de la cartouche d'engrenage verte V5 de 200 tr/min. Cependant, si une structure dans la conception, telle qu'une tour ou une prise de 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 comme expliqué 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 de 200 tr/min et en fixant un engrenage mené 84T au bras. À mesure que l’avantage concurrentiel devient plus important, il devient plus important de trouver le « point idéal » entre vitesse et couple. Ceci 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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