V5 मैकेनिकल लॉन्चिंग सिस्टम को समझना

बॉल बेयरिंग और फ्लाईव्हील के बारे में अधिक जानने के लिए प्रोडक्ट स्पॉटलाइट वीडियो देखें।

वी5 रोबोट द्वारा वस्तुओं को प्रक्षेपित करने का सबसे सामान्य तरीका है, पहिये को तेज गति से घुमाना और फिर वस्तु को पहिये में डालना। यह दस्तावेज़ एक घूमती हुई प्रणाली के पीछे प्रासंगिक भौतिकी को समझाता है, यह बताता है कि किसी वस्तु को प्रक्षेपित करने पर क्या होता है, तथा आप वस्तुओं को बेहतर ढंग से प्रक्षेपित करने के लिए प्रणाली को कैसे समायोजित कर सकते हैं।

घूमती वस्तुओं के पीछे का भौतिकी

घूर्णन ऊर्जा, एक घूमती हुई वस्तु में निहित ऊर्जा का माप, समीकरण द्वारा परिभाषित किया जाता है:

E_{घूर्णन} = 1/ Iw²

• I तात्पर्य घूर्णी जड़त्व (जिसे “जड़त्व आघूर्ण” या “एमओआई” भी कहा जाता है) से है, जो इस बात का माप है कि वस्तु को घुमाना कितना कठिन है।
• w वह गति है जिस पर वस्तु घूम रही है।

इसका मतलब यह है कि हम दो चर बदल सकते हैं - या तो हमारे सिस्टम की घूर्णी जड़ता (I) या जिस गति से यह घूमता है (w) - हमारे लॉन्चर सिस्टम में घूर्णी ऊर्जा को बदलने के लिए।

तो फिर हम अपने लांचर में घूर्णन ऊर्जा की परवाह क्यों करते हैं? ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि ऊर्जा न तो उत्पन्न होती है और न ही नष्ट होती है, केवल स्थानांतरित होती है। इसका मतलब यह है कि लांचर प्रणाली अपनी कुछ घूर्णन ऊर्जा उस वस्तु को हस्तांतरित करेगी जिसे हम प्रक्षेपित कर रहे हैं, और यही वह ऊर्जा है जो वस्तु को हवा में प्रक्षेपित करती है!

किसी दिशा में गतिशील वस्तु में रैखिक ऊर्जा होती है, जिसे समीकरण द्वारा परिभाषित किया जाता है:

E_{रैखिक} =1/ mv²

• m वस्तु के द्रव्यमान को दर्शाता है
• v वस्तु का वेग है

इसका अर्थ यह है कि एक निश्चित गति से प्रक्षेपित की गई वस्तु में ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा होती है। यह मान एक निश्चित गति के लिए निश्चित है, लेकिन हमारे लांचर में ऊर्जा निश्चित नहीं है। प्रक्षेपण के ठीक बाद हमारे लांचर में ऊर्जा, प्रक्षेपण से ठीक पहले की तुलना में कम होगी, क्योंकि ऊर्जा का स्थानांतरण प्रक्षेपण की गई वस्तु में हो जाता है। प्रक्षेपण से पहले अपने लांचर सिस्टम में ऊर्जा को परिवर्तित करके, हम प्रक्षेपित वस्तु में स्थानांतरित ऊर्जा के अनुपात को बदल सकते हैं, और ऐसा करने से यह प्रभावित होता है कि लांचर कितनी अच्छी तरह से वस्तु को प्रक्षेपित करता है और अगली वस्तु को प्रक्षेपित करने के लिए कितना तैयार है।

फ्लाईव्हील क्या है?

जैसा कि ऊपर बताया गया है, हमारे लांचर की घूर्णी ऊर्जा को बदलने का एक तरीका सिस्टम की घूर्णी जड़ता को बदलना है। दो बातें जानना महत्वपूर्ण है: पहली, प्रत्येक वस्तु का घूर्णन अक्ष के सापेक्ष एक निश्चित घूर्णन जड़त्व मान होता है, और दूसरी, किसी प्रणाली के सभी भागों का घूर्णन जड़त्व मिलकर प्रणाली का घूर्णन जड़त्व बनाता है। एक वस्तु जिसका उपयोग किसी प्रणाली के घूर्णी जड़त्व को बढ़ाने के लिए किया जाता है, उसे फ्लाईव्हील के रूप में जाना जाता है, और V5 पारिस्थितिकी तंत्र में ठीक यही करने के लिए एक नया VEX V5 फ्लाईव्हील वेट है।

सिस्टम प्रदर्शन पर फ्लाईव्हील का प्रभाव

समझने वाली सबसे बड़ी बात यह है कि किसी प्रणाली में जड़त्व के विभिन्न क्षण उसके प्रदर्शन को किस प्रकार प्रभावित करते हैं।

यदि हम जड़त्व आघूर्ण को बढ़ा दें, तो घूर्णन ऊर्जा बढ़ जाएगी (जैसा कि ऊपर दिए गए पहले समीकरण में दिखाया गया है)। एक निश्चित गति पर सिस्टम में अधिक ऊर्जा होने पर, सिस्टम में ऊर्जा प्राप्त करने में अधिक समय लगेगा, इसलिए स्पिन अप समय बढ़ जाएगा। अधिक MOI के साथ, प्रक्षेपण के बाद RPM में गिरावट कम हो जाएगी और वस्तु को सामान्यतः अधिक दूर तक प्रक्षेपित किया जाएगा। जड़त्व आघूर्ण में कमी के साथ, हमें सभी विपरीत प्रभाव प्राप्त होंगे: घूर्णन ऊर्जा और स्पिन-अप समय कम हो जाएगा, RPM में गिरावट बढ़ जाएगी, तथा वस्तु को हस्तांतरित ऊर्जा और वस्तु की दूरी दोनों में कमी आएगी।

V5 फ्लाईव्हील वेट का उपयोग कैसे करें

जैसा कि हर निर्मित वस्तु के साथ होता है, सभी भागों के डिजाइन में विनिर्माण प्रक्रिया में छोटी, अपरिहार्य अशुद्धियों के कारण सहनशीलता होती है। वी5 फ्लाईव्हील का वजन इस नियम का अपवाद नहीं है, तथा फ्लाईव्हील में थोड़ी मात्रा में असममिति की संभावना होती है, जिसके परिणामस्वरूप कंपन उत्पन्न होता है। आपके रोबोट में कंपन से बोल्ट ढीले हो सकते हैं, आपका लॉन्चर गलत हो सकता है या रोबोट के घटकों को भी नुकसान पहुंच सकता है। इससे निपटने के दो तरीके हैं। प्रथम, यदि एक से अधिक फ्लाईव्हील का उपयोग किया जा रहा है, तो फ्लाईव्हील को एक दूसरे के सापेक्ष इस प्रकार घुमाया जा सकता है कि वे एक दूसरे के असममित संतुलन को रद्द कर दें। दूसरा, यदि केवल एक फ्लाईव्हील का उपयोग किया जा रहा है, तो असममित संतुलन को संतुलित करने के लिए एक बोल्ट को अप्रयुक्त माउंटिंग छेद में रखा जा सकता है। दोनों ही मामलों में, यह सलाह दी जाती है कि परीक्षण और त्रुटि प्रक्रिया का उपयोग करके यह पता लगाया जाए कि कौन सा कॉन्फ़िगरेशन सबसे अच्छा है।

बेयरिंग या बुशिंग: आपको किसकी आवश्यकता है?

हाई स्ट्रेंथ शाफ्ट बॉल बेयरिंगकी शुरुआत के साथ, VEX उपयोगकर्ताओं के पास अब अपने रोबोट में घूर्णी प्रणालियों का समर्थन करने के दो अलग-अलग तरीकों तक पहुंच है। "बेयरिंग फ्लैट" के रूप में जाना जाने वाला भाग वास्तव में उद्योग में बुशिंग के रूप में जाना जाता है क्योंकि इसमें कोई गतिशील भाग नहीं होता है। बियरिंग और बुशिंग दोनों ही घूर्णन शाफ्ट और स्थिर सपोर्ट के बीच घर्षण को कम करके काम करते हैं। बुशिंग - VEX में "बेयरिंग फ्लैट" या "हाई स्ट्रेंथ शाफ्ट बेयरिंग" (इस दस्तावेज़ में बुशिंग के रूप में संदर्भित) - एक चिकनी, गोल सतह प्रदान करके ऐसा करते हैं जिससे शाफ्ट संपर्क कर सकता है। दूसरी ओर, बियरिंग में कई छोटी गेंदें होती हैं जो शाफ्ट के घूमने पर लुढ़कती हैं। घर्षण को कम करने के बावजूद, न तो बियरिंग और न ही बुशिंग इसे पूरी तरह से समाप्त कर पाते हैं। अपनी अलग-अलग संरचनाओं और कुछ अन्य कारकों के कारण, बियरिंग्स और बुशिंग्स की ताकत, कमजोरियां और उपयोग के मामले अलग-अलग होते हैं।

यदि हम किसी घूर्णन तंत्र को उसकी ऊर्जा के संदर्भ में देख रहे हैं, जैसा कि हमने इस गाइड में पहले भी किया है, तो बियरिंग या बुशिंग घर्षण के माध्यम से ऊष्मा के रूप में ऊर्जा को लगातार सिस्टम से बाहर “रिसाव” करते हैं। हालाँकि, ऐसा करने की उनकी दर अलग-अलग है। बुशिंग, बॉल बेयरिंग की तुलना में सिस्टम से ऊर्जा अधिक तेजी से खोते हैं, तथा इसका प्रभाव महत्वपूर्ण होता है।

बुशिंग की तुलना में बेयरिंग ने काफी अधिक स्थिर शीर्ष गति प्राप्त की और तेजी से गति पकड़ी। ऊर्जा के संदर्भ में, इसका अर्थ यह है कि बियरिंग वाली प्रणाली, बुशिंग वाली प्रणाली की तुलना में, प्रणाली में अधिक ऊर्जा बनाए रखने और अपनी वस्तु को अधिक दूर और अधिक तेज़ी से प्रक्षेपित करने में सक्षम थी। दक्षता में अंतर लगभग 8% था, और गियरबॉक्स के आउटपुट पर 300 आरपीएम का अंतर था।

इस ग्राफ में हम कुछ महत्वपूर्ण बातें देख सकते हैं:

• आरपीएम ड्रॉप - लक्ष्य आरपीएम (600) और शॉट के तुरंत बाद सबसे धीमी आरपीएम के बीच का अंतर - 2 फ्लाईव्हील के साथ परीक्षण में काफी कम हो गया था। 0 फ्लाईव्हील वाले परीक्षणों में ~150 RPM की गिरावट आई, जबकि 2 फ्लाईव्हील वाले परीक्षणों में ~75 RPM की गिरावट आई।
• रिकवरी टाइम - लॉन्चर को लक्ष्य RPM (600) पर वापस आने में लगने वाला समय - 2 फ्लाईव्हील के साथ परीक्षण में काफी कम हो गया था। यह बात तर्कसंगत है, क्योंकि कुल ऊर्जा का कम अनुपात प्रक्षेपित डिस्क में स्थानांतरित होता है, जैसा कि लेख में पहले चर्चा की गई है।
• कुल मिलाकर प्रक्षेपण समय में प्रति शॉट ~40% की कमी आई तथा 2 फ्लाईव्हील के साथ परीक्षण में भी यह कमी आई।

निष्कर्ष

• प्रक्षेपण यान के बारे में उनकी घूर्णन ऊर्जा के संदर्भ में सोचना सबसे आसान है, तथा प्रक्षेपण यान को उस घूर्णन ऊर्जा के प्रक्षेपण की जाने वाली वस्तु में स्थानांतरण के रूप में सोचना सबसे आसान है।
• फ्लाईव्हील आपको अपने लांचर में घूर्णन ऊर्जा बढ़ाने की अनुमति देता है, जिससे आप वस्तुओं को अधिक दूर तक प्रक्षेपित कर सकते हैं। नया V5 फ्लाईव्हील वेट, VRC और V5 पारिस्थितिकी तंत्र में फ्लाईव्हील के लिए विकल्प खोलता है।
• विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न असममित संतुलन को कम करने के लिए V5 फ्लाईव्हील भार को एक दूसरे के सापेक्ष तरीके से जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है।
• बियरिंग्स और बुशिंग घर्षण से उत्पन्न गर्मी के माध्यम से आपके लांचर से ऊर्जा का “रिसाव” करते हैं। पारंपरिक बेयरिंग फ्लैट्स (बुशिंग्स) के स्थान पर नए उच्च शक्ति वाले बेयरिंग का उपयोग करने से आप अपने लांचर में उच्चतम गति प्राप्त कर सकते हैं तथा अपने लांचर मोटर्स की निरंतर धारा खपत को कम कर सकते हैं। इससे आपके लांचर सिस्टम में ऊर्जा बढ़ती है और साथ ही आपकी मोटरें भी ठंडी रहती हैं।