A tárgyak V5-ös robottal való kilövésének legáltalánosabb módja az, hogy egy kereket nagy sebességgel megpörgetünk, majd a tárgyat a kerékbe adagoljuk. Ez a dokumentum elmagyarázza a forgó rendszerek mögött meghúzódó vonatkozó fizikát, azt, hogy mi történik egy objektum elindításakor, és hogyan állíthatja be a rendszert az objektumok jobb indításához.
Fizika a forgó objektumok mögött
A forgási energiát, a forgó tárgyban lévő energia mérését a következő egyenlet határozza meg:
E = 12 Iw
- I a forgási tehetetlenséget jelöli (más néven „Tehetetlenségi momentum” vagy „MOI”), amely azt jelzi, hogy mennyire nehéz elfordítani a tárgyat.
- w az a sebesség, amellyel a tárgy forog.
Ez azt jelenti, hogy két változót – vagy a rendszerünk forgási tehetetlenségét (I) vagy a forgási sebességét (w) – megváltoztathatjuk, hogy megváltoztassuk az indítórendszerünk forgási energiáját.
Miért törődünk tehát az indítónk forgási energiájával? Az energiamegmaradás törvénye kimondja, hogy az energia nem keletkezik és nem is semmisül meg, csak átadódik. Ez azt jelenti, hogy az indítórendszer a forgási energiájának egy részét átadja az általunk elindított tárgynak, és ez az energia az, amely az objektumot a levegőn keresztül indítja el!
Egy adott irányba mozgó objektum lineáris energiával rendelkezik, amelyet a következő egyenlet határoz meg:
ELineáris = 2 mv
- m a tárgy tömegét jelöli
- v az objektum sebessége
Ez azt jelenti, hogy egy bizonyos sebességgel indított objektum meghatározott mennyiségű energiával rendelkezik. Ez az érték egy bizonyos sebességhez rögzített, de az indítónkban lévő energia nem. Az indítónkban lévő energia közvetlenül az indítás után kevesebb lesz, mint előtte, mivel az energiát átadja az elindított objektumnak. Az indítórendszerünkben az energia kilövés előtti megváltoztatásával megváltoztathatjuk az elindított objektumra átvitt energia arányát, és ezáltal befolyásolhatjuk mind azt, hogy az indítóeszköz milyen jól indítja el az objektumot, és mennyire felkészült a következő tárgy kilövésére.
Mi az a lendkerék?
Mint fentebb említettük, az egyik módja annak, hogy a kilövőnk forgási energiáját megváltoztassuk, a rendszer forgási tehetetlenségének megváltoztatása. Két dolgot fontos tudni: Először is, minden objektumnak van egy bizonyos forgási tehetetlenségi értéke a forgástengely körül, másodszor pedig a rendszer összes részének forgási tehetetlensége összeadódik, így a rendszer forgási tehetetlensége jön létre. A rendszer forgási tehetetlenségének növelésére használt objektumot lendkeréknek nevezik, és van egy új VEX V5 Flywheel Weight amely pontosan ezt teszi a V5 ökoszisztémában.
A lendkerék hatása a rendszer teljesítményére
A legfontosabb dolog, amit meg kell érteni, hogy a különböző tehetetlenségi nyomatékok egy rendszerben hogyan befolyásolják a teljesítményét.
Ha növeljük a tehetetlenségi nyomatékot, a forgási energia nő (amint azt a fenti első egyenlet mutatja). Ha egy bizonyos sebességnél több energia van a rendszerben, több időbe telik, amíg az energia bekerül a rendszerbe, így a felpörgetési idő megnő. Több MOI-val az indítás utáni fordulatszám-csökkenés csökken, és egy objektum általában tovább indul. A tehetetlenségi nyomaték csökkenésével az összes ellentétes hatást kapjuk: csökken a forgási energia és a felpörgési idő, nő a fordulatszám csökkenés, és csökken mind az objektumra átadott energia, mind az, hogy a tárgy milyen messzire megy.
| Magasabb MOI | Alacsonyabb MOI |
| Magasabb áramfelvétel a kezdeti felpörgetéskor | Alacsonyabb áramfelvétel a kezdeti felpörgetéskor |
| Kisebb sebesség szükséges az objektum kívánt távolságra történő elindításához | Nagyobb sebesség szükséges az objektum kívánt távolságra történő indításához |
| Kisebb sebességcsökkenés az objektum elindításakor (kevesebb idő az indítások között) | Nagyobb sebességcsökkenés az objektum elindításakor (több idő az indítások között) |
A V5 lendkerék súlyának használata
A V5 lendkeréksúly kétféleképpen rögzíthető. Először is, a szabványos ½”-os szögletes rögzítési minta lehetővé teszi a lendkerék felszerelését a 48T, 60T, 72T és 84T nagy szilárdságú fogaskerekekre. Másodszor, a szabványos 1,875 hüvelykes hatszögletű rögzítési minta lehetővé teszi a lendkerék felszerelését egy versahub-ra, amely egy nagy szilárdságú tengelyre rögzíthető egy versahub adapterrel. A bal oldali képen a V5 lendkerék súlyán lévő rögzítési furatok láthatók. A piros lyukak illeszkednek a szabványos négyzet alakú rögzítési mintához, a kék lyukak pedig a versahub hatszögletű mintához.
Példa a V5 lendkerék súlyú szerelési példájára #1.
Példa a V5 lendkerék súlyú szerelési példájára #2.
Mint minden legyártott terméknél, minden alkatrésznek van tűrése a tervezésben a gyártási folyamat apró, elkerülhetetlen pontatlanságai miatt. A V5 lendkerék súlya nem kivétel ez alól a szabály alól, és a lendkerék kismértékű aszimmetriájának lehetősége is előfordulhat, ami vibrációt eredményez. A robotban lévő vibráció meglazíthatja a csavarokat, pontatlanná teheti az indítót, vagy akár károsíthatja a robot alkatrészeit. Ez ellen kétféleképpen lehet küzdeni. Először is, ha egynél több lendkereket használunk, a lendkerekeket egymáshoz képest el lehet forgatni úgy, hogy kiiktassa egymás aszimmetrikus egyensúlyát. Másodszor, ha csak egy lendkerék van használatban, egy csavart lehet elhelyezni egy nem használt rögzítőlyukba az aszimmetrikus egyensúly ellensúlyozására. Mindkét esetben tanácsos próba és hiba eljárást használni, hogy kitaláljuk, melyik konfiguráció a legjobb.
Csapágy vagy persely: melyikre van szüksége?
A nagy szilárdságú tengely golyóscsapágybevezetésével a VEX-felhasználók két különböző módon támaszthatják alá a forgórendszereket robotjaikban. A „csapágylapként” ismert alkatrészt az ipar valójában perselynek nevezi, mivel nincsenek mozgó alkatrészei. Mind a csapágyak, mind a perselyek úgy működnek, hogy csökkentik a súrlódást a forgó tengely és a rögzített támasz között. A perselyek – a „csapágy lapos” vagy a „nagy szilárdságú tengelycsapágy” a VEX-ben (ebben a dokumentumban perselyeknek nevezzük) – ezt úgy érik el, hogy sima, kerek felületet biztosítanak, amellyel a tengely érintkezhet. A csapágyak viszont sok kis golyót tartalmaznak, amelyek a tengely forgásakor elgurulnak. A súrlódás csökkentése ellenére sem a csapágyak, sem a perselyek nem szüntetik meg teljesen. Különböző felépítésük és néhány egyéb tényező miatt a csapágyak és perselyek eltérő erősséggel, gyengeségekkel és felhasználási esetekkel rendelkeznek.
|
|
Erősségek | Gyengeségek |
| Csapágy |
|
|
| Persely |
|
|
Ha egy forgó mechanizmust az energiájával összefüggésben nézünk, ahogy korábban ebben az útmutatóban tettük, a csapágyak vagy perselyek folyamatosan „kiszivárogtatják” az energiát a rendszerből hő formájában a súrlódás révén. Ennek aránya azonban eltérő. A perselyek gyorsabban veszítenek energiát a rendszerből, mint a golyóscsapágyak, és az ütés jelentős.
Tesztsorozatot hajtottunk végre egy indítóval, először perselyekkel, majd csapágyakkal. Mindkét változatban a kilövőben 2 db 600 ford./perc sebességű csapágy/persely és 2 db 3600 ford./perc sebességű csapágy/persely volt, két V5 Smart Motors kék patronnal. A csapágyak és a perselyek közötti különbség jelentős volt. Ez a motor sebességének grafikonja normál felpörgés közben.
A csapágyak lényegesen nagyobb stabil végsebességet értek el, és gyorsabban gyorsultak, mint a perselyek. Energetikai vonatkozásban ez azt jelenti, hogy a csapágyas rendszer több energiát tudott a rendszerben tartani, és távolabbra és gyorsabban indította tárgyát, mint a perselyekkel ellátott rendszer. A hatásfok-különbség nagyjából 8% volt, a váltó teljesítményénél 300 ford./perc volt a különbség.
Ugyanezzel a beállítással megmértük az egyik motor áramfelvételét az indító normál felpörgetése során. Csakúgy, mint a legutóbbi tesztnél, egy próbát perselyekkel, egy másikat csapágyakkal végeztünk, egyébként azonos beállítással. Az áramfelvételben jelentős volt a különbség, a perselyes hordozórakéta több mint kétszerese áramerősséget vett fel, mint a csapágy alapú indító. Ez az aktuális sorsolás grafikonja az idő függvényében.
Végül, a cikkben korábban tárgyalt lendkerekek hatásának demonstrálására egy tesztet futtattunk, amely nyomon követte az egyik motor fordulatszámát, miközben 3 lemezt elindított. Az egyik tesztben nem volt lendkerék, míg a másikon kettő. Ez a grafikon:
Néhány fontos dolgot láthatunk ezen a grafikonon:
- A fordulatszám csökkenése – a különbség a célfordulatszám (600) és a lövés utáni leglassabb fordulatszám között – jelentősen csökkent a 2 lendkerékkel végzett teszt során. A 0 lendkerékkel végzett tesztek ~150 fordulat/perc esést mutattak, míg a 2 lendkerékkel végzett tesztek ~75 fordulat/perc esést mutattak.
- A helyreállítási idő – az az idő, ami alatt az indítóeszköz visszaáll a célfordulatszámra (600) – jelentősen lecsökkent a 2 lendkerékkel végzett teszt során. Ez logikus, mivel a teljes energia kisebb hányada kerül át az elindított lemezre, amint azt a cikkben korábban tárgyaltuk.
- A teljes indítási idő kb. 40%-kal csökkent lövésenként, és összességében a teszthez 2 lendkerékkel.
Következtetések
- A kilövésekre a legegyszerűbb a forgási energiájukban gondolni, és az kilövésekre, mint ennek a forgási energiának az elindított tárgyra való átvitelére.
- A lendkerekek lehetővé teszik az indítóeszköz forgási energiájának növelését, lehetővé téve az objektumok távolabbi indítását. Az új V5 lendkerék tömege megnyílik a lendkerekek lehetősége a VRC-ben és a V5 ökoszisztémában.
- Előfordulhat, hogy a V5 lendkeréksúlyokat egymáshoz képest kell rögzíteni a gyártási folyamat során keletkező aszimmetrikus egyensúly csökkentése érdekében.
- A csapágyak és a perselyek „szivárogtatják” az energiát a kilövőből a súrlódásból származó hő révén. Az új, nagy szilárdságú csapágyak használata a hagyományos csapágylapokkal (perselyekkel) szemben lehetővé teszi, hogy nagyobb végsebességet érjen el a kilövőben, és csökkentse az indítómotorok tartós áramfelvételét. Ez növeli az indítórendszer energiáját, miközben hűvösebben tartja a motorokat.