V5 मोटर के साथ गियर अनुपात का उपयोग करना – वेक्स लाइब्रेरी

VEX EDR प्रणाली में दो प्रकार के स्पर गियर होते हैं, गियर किट और उच्च शक्ति गियर किट (कृपया देखेंस्पर गियर का चयन कैसे करें)। इन गियरों को शक्ति हस्तांतरण को अनुकूलित करने, टॉर्क बढ़ाने या गति बढ़ाने के लिए जोड़ा जा सकता है। यह कार्य ड्राइव शाफ्ट पर दो या अधिक गियरों को एक साथ जोड़कर किया जा सकता है, ताकि गियरों के दांत आपस में जुड़ जाएं। एक मोटर गियर में से एक के ड्राइव शाफ्ट को शक्ति प्रदान करेगी।

गियर अनुपात

सरल गियर अनुपात में प्रति ड्राइवशाफ्ट केवल एक गियर का उपयोग होता है। वह गियर जो शक्ति या इनपुट प्रदान करता है, उसे ड्राइविंग गियर कहा जाता है और वह गियर जो घूमता है या आउटपुट के लिए ज़िम्मेदार होता है, उसे संचालित गियर कहा जाता है। गियर अनुपात की गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

गियर अनुपात को संचालित गियर के दांतों की संख्या (आउटपुट) और ड्राइविंग गियर के दांतों की संख्या (इनपुट) के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है।

नीचे दिए गए एनिमेशन को देखें जिसमें समान आकार के ड्राइविंग गियर और ड्रिवन गियर का उदाहरण दिया गया, इस मामले में 60 दांत और 60 दांत

टॉर्क: वह घूर्णी बल जो मोटर रोबोट के घटकों पर लागू कर सकता है।
गति: घूर्णन गति वह गति है जिससे पता चलता है कि कोई वस्तु कितनी तेजी से घूम रही है।
पावर ट्रांसफर: गियर, पहियों या अन्य यांत्रिक घटकों को चलाने के लिए मोटर से रोबोट के विभिन्न भागों में ऊर्जा संचारित करने की प्रक्रिया।

1:1 गियर अनुपात

1:1 गियर अनुपात का अर्थ है कि ड्राइविंग गियर एक चक्कर लगाता है ताकि संचालित गियर एक चक्कर पूरा कर सके। यह गियर अनुपात निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:

संतुलित गति और टॉर्क: क्योंकि ड्राइविंग गियर और संचालित गियर के बीच का अनुपात बराबर है, इसलिए दोनों गियर के बीच गति या टॉर्क में कोई परिवर्तन नहीं होता है। यह संतुलन उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां मोटर का मूल प्रदर्शन पर्याप्त है।
प्रत्यक्ष शक्ति स्थानांतरण: यह गियर अनुपात सुनिश्चित करता है कि मोटर द्वारा उत्पन्न शक्ति बिना किसी हानि के सीधे संचालित घटक में स्थानांतरित हो जाती है।
सरलीकृत डिजाइन: 1:1 गियर अनुपात रोबोट के यांत्रिक डिजाइन को सरल बनाता है, जिससे डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया अधिक सरल हो जाती है।
पूर्वानुमानित प्रदर्शन: चूंकि इनपुट और आउटपुट गति समान हैं, इसलिए रोबोट का प्रदर्शन अधिक पूर्वानुमानित है। यह उन कार्यों के लिए लाभदायक हो सकता है जहां निरंतर प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, या जहां कार्य का समय महत्वपूर्ण होता है।

नीचे दिया गया 3डी मॉडल 1:1 गियर अनुपात का एक उदाहरण दिखाता है। ड्राइविंग गियर और संचालित गियर में दांतों की संख्या समान (60T) होती है। मोटर 60T ड्राइविंग गियर को एक बार घुमाती है जिससे 60T संचालित गियर एक चक्कर पूरा कर लेता है।

5:1 गियर अनुपात

यहां 60 दांतों और 12 दांतों के गियर अनुपात का एक उदाहरण दिखाया गया है। इसे सरल रूप में 5/1 या 5 से 1 के अनुपात के रूप में व्यक्त किया जाता है।

5:1 गियर अनुपात का अर्थ है कि संचालित गियर को एक चक्कर पूरा करने के लिए ड्राइविंग गियर को पांच चक्कर लगाने होंगे। यह गियर अनुपात निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:

बढ़ा हुआ टॉर्क: टॉर्क वह घूर्णी बल है जिसे मोटर रोबोट के घटकों पर लागू कर सकता है। टॉर्क को बढ़ाकर, रोबोट भारी भार को संभाल सकता है और ऐसे कार्य कर सकता है जिनमें अधिक बल की आवश्यकता होती है, जैसे वस्तुओं को उठाना और धकेलना। ड्राइविंग गियर में संचालित गियर की तुलना में कम दांत होते हैं, जिसके कारण टॉर्क आउटपुट 5 गुना अधिक होता है, जबकि गति आउटपुट केवल 1/5 होता है।
कम गति: जब टॉर्क बढ़ता है, तो संचालित गियर की गति कम हो जाती है। गति में कमी उन कार्यों के लिए लाभदायक है जिनमें अधिक नियंत्रण और परिशुद्धता की आवश्यकता होती है।
बेहतर मोटर दक्षता: उच्च गियर अनुपात मोटर को अधिक कुशलता से चलाने की अनुमति देता है। यह गियर अनुपात मोटर के घिसाव को कम कर सकता है और मोटर का जीवनकाल बढ़ा सकता है।
विशिष्ट कार्यों के लिए अनुकूलन: इस गियर अनुपात को एक बड़े गियर सिस्टम के साथ एकीकृत किया जा सकता है जिससे रोबोट की प्रदर्शन विशेषताओं को अनुकूलित किया जा सकता है।

नीचे दिए गए एनिमेशन और 3डी बिल्ड को देखें, जिसमें एक बहुत छोटे गियर द्वारा एक बहुत बड़े गियर को चलाने के उदाहरण दिखाए गए हैं, इस मामले में 12 दांत और 60 दांत वाले गियर शामिल हैं।

1:5 गियर अनुपात

गियर अनुपात का एक उदाहरण 12 दांत/60 दांत के रूप में दिखाया गया है। फिर इसे 1/5 या 1 से 5 के अनुपात के रूप में सरलीकृत किया जाता है।

गति बढ़ाना (उच्च गति) - इस प्रकार के गियर अनुपात के साथ उद्देश्य मोटर से गति को बढ़ाना है, जैसे कि मोटर से पहिये तक। ड्राइविंग गियर में संचालित गियर की तुलना में अधिक दांत होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि एक मोटर एक पहिए पर संचालित 12T गियर के लिए 60T गियर चलाती है, तो जब 60T ड्राइविंग गियर एक बार घूमता है, तो 12T चालित गियर पाँच (5) बार घूमता है। इसे 1:5 गियर अनुपात के रूप में जाना जाता है। इस मामले में, गति आउटपुट 5/1 गुना अधिक है, तथापि, टॉर्क आउटपुट 1/5 है।

नीचे दिए गए एनिमेशन और 3डी बिल्ड को देखें, जिसमें एक बहुत बड़े गियर द्वारा एक बहुत छोटे गियर को चलाने के उदाहरण दिखाए गए हैं, इस मामले में 60 दांत और 12 दांत वाले गियर हैं।

गियर ट्रेन

गियर ट्रेन में गियर की एक श्रृंखला होती है जो रोबोट के एक भाग से दूसरे भाग तक गति और शक्ति संचारित करती है। गियर ट्रेन गति, टॉर्क और घूर्णन गति की दिशा को संशोधित करती है। गियर ट्रेन में दांत वाले गियर होते हैं जो गति संचारित करने के लिए एक साथ जुड़ते हैं; शाफ्ट जो गियर को अपने स्थान पर रखते हैं और उन्हें घूमने में सक्षम बनाते हैं; और शाफ्ट कॉलर जो सभी घटकों को अपने स्थान पर रखने में मदद करते हैं। गियर ट्रेन के कार्यों में निम्नलिखित शामिल हैं:

गति समायोजन: गियर ट्रेन घूर्णन गति को बढ़ाती या घटाती है; एक छोटे ड्राइविंग गियर को एक बड़े संचालित गियर के साथ मिलाने से गति कम हो जाती है लेकिन टॉर्क बढ़ जाता है, जबकि एक बड़े ड्राइविंग गियर को एक छोटे संचालित गियर के साथ मिलाने से गति बढ़ जाती है लेकिन टॉर्क कम हो जाता है।

गियर ट्रेनों का उपयोग उन पहियों को घुमाने के लिए किया जाता है जो मोटर से जुड़े नहीं होते हैं, जैसा कि नीचे दिए गए दो 3डी मॉडल में दिखाया गया है।

विशेष नोट

दो गियर अनुपात दिखाए गए हैं जिन्हें बाद में आपस में गुणा किया जाता है। पहला गियर अनुपात 36 दांत/12 दांत है, और इसे सरल करने पर 3/1 प्राप्त होता है। दूसरे गियर का अनुपात 60 दांत/36 दांत है, जिसे सरल करने पर 5/3 आता है। परिणामस्वरूप अनुपात 3/1 को 5/3 से गुणा करने पर 5/1 के बराबर होता है।

स्प्रोकेट और चेन प्रणालियों के अनुपात गियर अनुपात के समान ही काम करते हैं। स्प्रोकेट और चेन प्रणालियों का लाभ यह है कि स्प्रोकेट को एक दूसरे से कई दूरी पर रखा जा सकता है, क्योंकि वे चेन द्वारा जुड़े होते हैं। हालाँकि, चेन लिंक उच्च शक्ति वाले गियर पर दांत टूटने की तुलना में कम बल से टूट सकती है। रोबोट को पूरी तरह कार्यात्मक बनाने के लिए किसी भी प्रकार की टूट-फूट की मरम्मत करना आवश्यक होगा।

ड्राइविंग गियर और संचालित गियर के बीच किसी भी आकार के कितने भी गियर सरल गियर अनुपात में रखे जा सकते हैं और इससे गियर अनुपात में कोई परिवर्तन नहीं होगा। उदाहरण के लिए, एक 12T गियर एक 36T गियर को चलाता है जो एक 60T संचालित गियर को चलाता है, गियर अनुपात अभी भी 5:1 है, वैसा ही जैसे कि 60T गियर सीधे 12T गियर द्वारा संचालित होता।

रफ़्तार

घूर्णी गति वह गति है जिससे कोई वस्तु घूमती है। इसे आमतौर पर प्रति मिनट चक्करों (आरपीएम) में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, एक V5 स्मार्ट मोटर का शाफ्ट 100 चक्कर प्रति मिनट, या 100 आरपीएम पर घूम सकता है। गियर अनुपात से आउटपुट के घूमने की गति में बदलाव आ सकता है। इस लेख में, गियर अनुपात को ड्रिवन गियर : ड्राइविंग गियर के रूप में लिखा गया है।

यदि 1:5 का गियर अनुपात उपयोग किया जाता है, तो 60 दांतों वाला ड्राइविंग गियर 12 दांतों वाले ड्रिवन गियर को घुमाता है। क्योंकि संचालित गियर छोटा है, इसलिए यह मोटर शाफ्ट की तुलना में 5 गुना अधिक तेजी से घूमता है। यदि मोटर शाफ्ट 100 आरपीएम पर घूमता है, तो 12 दांतों वाला चालित गियर 500 आरपीएम पर घूमेगा।

यदि 5:1 का गियर अनुपात उपयोग किया जाता है, तो 12 दांतों वाला ड्राइविंग गियर 60 दांतों वाले ड्रिवन गियर को घुमाता है। क्योंकि संचालित गियर बड़ा है, इसलिए यह मोटर शाफ्ट की तुलना में 5 गुना धीमी गति से घूमता है। यदि मोटर शाफ्ट 100 आरपीएम पर घूमता है, तो 60 दांतों वाला चालित गियर 20 आरपीएम पर घूमेगा।

इससे यह समझने में मदद मिलती है कि सबसे तेज़ गियर अनुपात हमेशा सबसे अच्छा विकल्प क्यों नहीं होता है। एक तेज रोबोट सुनने में तो बेहतर लग सकता है, लेकिन अगर पहिए या भुजा बहुत तेजी से घूमने लगें, तो रोबोट को नियंत्रित करना मुश्किल हो सकता है। धीमे गियर अनुपात से गति को नियंत्रित करना आसान और अधिक सटीक हो सकता है।

टॉर्कः

टॉर्क वह घुमावदार बल है जो किसी चीज को घुमाने में मदद करता है, जैसे पहिया, गियर या रोबोटिक भुजा। मोटरें केवल एक निश्चित मात्रा में ही टॉर्क उत्पन्न कर सकती हैं। गियर अनुपात से आउटपुट टॉर्क की मात्रा भी बदल सकती है।

यदि 1:5 का गियर अनुपात उपयोग किया जाता है, तो 60 दांतों वाला ड्राइविंग गियर 12 दांतों वाले ड्रिवन गियर को घुमाता है। इससे आउटपुट की गति बढ़ जाती है, लेकिन साथ ही आउटपुट टॉर्क मोटर के टॉर्क के 1/5 तक कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, यदि मोटर 1 एनएम का टॉर्क उत्पन्न करती है, तो आउटपुट टॉर्क 0.2 एनएम होगा।

यदि 5:1 का गियर अनुपात उपयोग किया जाता है, तो 12 दांतों वाला ड्राइविंग गियर 60 दांतों वाले ड्रिवन गियर को घुमाता है। इससे आउटपुट स्पिन की गति धीमी हो जाती है, लेकिन आउटपुट टॉर्क मोटर के टॉर्क से 5 गुना बढ़ जाता है। उदाहरण के लिए, यदि मोटर 1 एनएम का टॉर्क उत्पन्न करती है, तो आउटपुट टॉर्क 5 एनएम होगा।

टॉर्क भी एक कारण है जिसकी वजह से सबसे तेज गियर अनुपात का हमेशा उपयोग नहीं किया जा सकता है। यदि किसी रोबोट को अधिक गति के लिए तैयार किया जाता है, तो उसमें टॉर्क कम होता है। इसका मतलब यह है कि रोबोट ठीक से धक्का नहीं दे पाएगा, हाथ नहीं उठा पाएगा, या फिर आपकी इच्छानुसार हिल भी नहीं पाएगा। उदाहरण के लिए, अधिक टॉर्क वाला रोबोट दूसरे रोबोट को बेहतर ढंग से धकेल सकता है। गेम ऑब्जेक्ट्स को उठाने या अपना खुद का वजन उठाने के लिए रोबोट आर्म को अधिक टॉर्क की आवश्यकता हो सकती है। ऐसे मामलों में, टॉर्क बढ़ाने वाला गियर अनुपात बेहतर विकल्प होता है।

V5 स्मार्ट मोटर की गति और टॉर्क को मोटर डैशबोर्ड का उपयोग करके मापा जा सकता है
स्मार्ट मोटर के डैशबोर्ड में ब्रेन स्क्रीन दिखाई देती है। यह मेनू मोटर के बारे में कई तरह के डेटा दिखाता है, लेकिन विशेष रूप से यह मोटर के वेग और टॉर्क मान दिखाता है।

रोबोट वास्तविकता

सौभाग्य से, V5 क्लॉबोट के निर्माण के लिए निर्देशों के साथ प्रयुक्त गियर अनुपात, कस्टम रोबोट डिजाइन करने के लिए पर्याप्त हैं। कई ड्राइवट्रेन, हरे रंग के 200 RPM V5 गियर कार्ट्रिज वाले V5 स्मार्ट मोटर के साथ पहियों या ट्रैक स्प्रोकेट के शाफ्ट को सीधे चलाकर अच्छी तरह से काम करते हैं। हालांकि, यदि डिजाइन में किसी संरचना जैसे कि टावर या गेम पीस इनटेक को उस स्थान पर रखना है जहां मोटर स्थित है, तो ऊपर बताए गए अनुसार स्प्रोकेट और चेन या गियर का उपयोग करके पावर ट्रांसफर का उपयोग किया जा सकता है। अधिकांश भुजाओं के लिए, ऊपर वर्णित 7:1 वृद्धि टॉर्क गियर अनुपात, 200 RPM मोटर के साथ 12T गियर को चलाकर तथा भुजा में 84T संचालित गियर को जोड़कर, पर्याप्त है। जैसे-जैसे प्रतिस्पर्धात्मक लाभ अधिक महत्वपूर्ण होता जाता है, गति और टॉर्क के बीच "सही संतुलन" खोजना अधिक महत्वपूर्ण होता जाता है। यह तीन उपलब्ध V5 गियर कार्ट्रिज (लाल: 100 RPM, हरा: 200 RPM, नीला: 600 RPM) में से किसी एक के साथ V5 स्मार्ट मोटर का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है, और यदि आवश्यक हो, तो टॉर्क बढ़ाने के लिए मोटर को गियर अनुपात के साथ या गति बढ़ाने के लिए गियर अनुपात के साथ संयोजित किया जा सकता है।

गियर और अन्य गति उपकरण VEX रोबोटिक्स स्टोर से खरीदे जा सकते हैं।