A VEX EDR rendszernek kétféle homlokkerekes fogaskereke van, a Gear Kit és a High Strength Gear Kit (lásdHogyan válasszunk homlokkereket). Ezek a fogaskerekek összeszerelhetők az erőátvitel testreszabásához, a nyomaték növeléséhez vagy a sebesség növeléséhez. Ezt úgy lehet megtenni, hogy két vagy több fogaskereket összeszerelnek a hajtótengelyekre úgy, hogy a fogaskerekek fogai egymásba kerüljenek. Egy motor hajtja meg az egyik fogaskerék hajtótengelyét.
Áttételi arányok
Az egyszerű áttételek hajtótengelyenként csak egy fokozatot használnak. Az erőt vagy bemenetet biztosító sebességfokozatot hajtófokozatnak , az éppen elforgatott vagy a kimenetért felelős fokozatot pedig hajtófokozatnak nevezzük. Az áttételi arányt a következő képlet segítségével számítjuk ki:
1:1 áttétel
A 1:1 áttételi arány azt jelenti, hogy a hajtómű egy fordulatot tesz meg, hogy a hajtott fokozat egy fordulatot tegyen. Ez az áttétel a következő előnyökkel jár:
- Kiegyensúlyozott sebesség és nyomaték: Mivel a hajtó és a hajtott sebességfokozat közötti arány egyenlő, a két sebességfokozat között nincs változás a sebességben vagy a nyomatékban. Ez a mérleg ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol a motor natív teljesítménye elegendő.
- Közvetlen teljesítményátvitel: Ez az áttételi arány biztosítja, hogy a motor által termelt teljesítmény közvetlenül, veszteség nélkül kerüljön a hajtott alkatrészre.
- Egyszerűsített tervezés: Az 1:1-es áttétel leegyszerűsíti a robot mechanikai tervezését, egyszerűbbé téve a tervezési és építési folyamatot.
- Megjósolható teljesítmény: Mivel a bemeneti és kimeneti sebesség azonos, a robot teljesítménye kiszámíthatóbb. Ez előnyös lehet olyan feladatoknál, ahol egyenletes teljesítményre van szükség, vagy ahol a feladatok időzítése döntő fontosságú.
Az alábbi ábra egy 1:1 áttételi arány példáját mutatja be. A hajtó és a hajtott fogaskerekek fogazata azonos (60T). A motor egyszer elforgatja a 60T hajtóművet, hogy a 60T hajtott fogaskerekes egy fordulatot teljesítsen.
5:1 áttétel
A 5:1 áttételi arány azt jelenti, hogy a hajtóműnek öt fordulatot kell megtennie ahhoz, hogy a hajtott fokozat egy fordulatot tegyen. Ez az áttétel a következő előnyökkel jár:
- Megnövelt nyomaték: A nyomaték az a forgási erő, amelyet a motor a robot alkatrészeire tud kifejteni. A forgatónyomaték növelésével a robot nagyobb terheket is képes kezelni, és nagyobb erőt igénylő feladatokat hajt végre, például tárgyak emelését és tolását. A hajtóműnek kevesebb foga van, mint a hajtott fogaskeréknek, így a kimenő nyomaték 5-ször akkora, míg a fordulatszám csak 1/5.
- Csökkentett sebesség: Amíg a nyomaték nő, a hajtott sebességfokozat sebessége csökken. A sebesség csökkentése előnyös olyan feladatoknál, amelyek nagyobb irányítást és pontosságot igényelnek.
- Fokozott motorhatékonyság: A magasabb áttételi arány lehetővé teszi a motor hatékonyabb működését. Ez az áttétel csökkentheti a motor kopását és meghosszabbíthatja a motor élettartamát.
- Testreszabás speciális feladatokhoz: Ez az áttétel integrálható egy nagyobb hajtóműrendszerbe, amely lehetővé teszi a robot teljesítményjellemzőinek testreszabását.
1:5 áttétel
Sebesség növelése (nagy fordulatszám) - Ezzel a fajta áttétellel a cél a motor fordulatszámának növelése, például a motorról a kerékre. A hajtóműnek több foga van, mint a hajtott fogaskeréknek. Például, ha egy motor egy 60T-s fogaskereket hajt egy hajtott 12T-s fogaskerékre egy keréken,ha a 60T-s hajtómű egyszer fordul el, a 12T-s hajtott fogaskerék ötször (5) fordul el. Ezt 1:5 áttételnek nevezik. Ebben az esetben a fordulatszám 5/1-szerese, a nyomatékkimenet azonban 1/5.
Fedezze fel a következő grafikát az 1:5-ös áttétel minden szögének megtekintéséhez.
Fogaskerék vonat
A sebességfokozatú hajtóműsor fogaskerekek sorozatából áll, amelyek a mozgást és az erőt a robot egyik részéből a másikba továbbítják. A fogaskerekek módosítják a forgási mozgás sebességét, nyomatékát és irányát. A fogaskerekes fogaskerekek fogaskerekekből állnak, amelyek egymáshoz illeszkednek a mozgás átadása érdekében; tengelyek, amelyek a helyükön tartják a fogaskerekeket és lehetővé teszik azok forgását; és tengelyperemek, amelyek segítenek minden alkatrész a helyén tartani. A hajtóműsor funkciói a következők:
- Sebességbeállítás: A fogaskerekek növelik vagy csökkentik a forgási sebességet; egy kisebb hajtómű egy nagyobb hajtott fogaskerékkel összekapcsolva csökkenti a sebességet, de növeli a nyomatékot, míg a nagyobb hajtómű, amely egy kisebb hajtott fogaskerékkel összekapcsolódik, növeli a sebességet, de csökkenti a nyomatékot.
A fogaskerekek a motorhoz nem kapcsolódó kerekek forgatására szolgálnak.
Különleges megjegyzések
A lánckerék- és láncrendszerek áttételei ugyanúgy működnek, mint az áttételek. A lánckerék- és láncrendszerek előnye, hogy a lánckerekek több távolságra is elhelyezhetők egymástól, mivel lánc köti össze őket. A láncszemek azonban kisebb erővel törhetnek el, mint a fogak egy High Strength Gear esetén. Bármelyik típusú törést meg kell javítani, hogy a robot teljesen működőképes legyen.
A hajtó és a hajtott fogaskerekek közé tetszőleges számú áttétel helyezhető egyszerű áttétellel, és ez nem változtat az áttételen. Például egy 12T fogaskerék hajt egy 36T fogaskereket, amely 60T hajtott fogaskereket hajt, az áttétel továbbra is 5:1, ugyanaz, mintha a 60T fogaskereket közvetlenül a 12T fogaskerék hajtaná.
Sebesség
A forgási sebesség az, hogy egy tárgy milyen gyorsan forog. Például egy V5 Smart Motor tengelyfoglalata percenként 100 fordulattal vagy 100 ford./perc sebességgel foroghat. Ahogy fentebb kifejtettük, ha 5:1-es áttételt használunk, egy 60 fogas hajtóművet a motor tengelye forgat, majd egy 12 fogas fogaskereket forgat, a 12 fogas fogaskerék 5-ször gyorsabban fog forogni. A fenti példát használva a 12 fogas fogaskerék ekkor 500 ford./perc sebességgel fog forogni, szemben a motor tengelyének 100 ford./percével. Ha 1:5-ös áttételt használunk, egy 12 fogú hajtóművet a motor tengelye forgat, majd egy 60 fogas hajtóművet forgat, akkor a 60 fogas hajtómű 1/5 sebességgel fog forogni. A fenti példát ismét használva a 60 fogas fogaskerék 20 ford./perc sebességgel fog forogni, szemben a motor tengelyének 100 ford./percével.
Akkor miért ne használnák mindig a lehető leggyorsabb áttételt? Úgy tűnik, minél gyorsabban tud mozogni egy robot, annál versenyképesebb lesz. Az első ok az, hogy van egy felső sebesség, amellyel a robot funkciói vezérelhetők. Néhány példa, ha a funkció a körbefutó robot, ha a kerekek túl gyorsan pörögnek, akkor nagyon nehéz lehet irányítani. Ha a funkció egy fel-le forgó kar, ha túl gyorsan forog, akkor is nehéz lehet irányítani.
Nyomaték
A nyomaték az az erő, amely a terhelés távoli elforgatásához szükséges. A motorok korlátozott nyomatékkal rendelkeznek. Például, ha egy V5 Smart motor 1 Nm (Newtonméter) nyomatékot produkál, 5:1 áttétel használatakor a hajtott 12 fogas fogaskerék ⅕ a motor nyomaték bemenetét ad ki, a kimenet 0,2 Nm lesz, és a 1:5 áttétel, a 60 fogas fogaskerék a motor bemeneti nyomatékának ötszörösét adja ki, a kimenet 5 Nm.
A nyomaték a második oka annak, hogy a lehető leggyorsabb áttételt nem mindig lehet használni egy robot tervezésekor. Előfordulhat, hogy ha a sebességnövelő áttétellel gyorsabban hajtják a robot kerekeit, az áttétel meghaladhatja a motor által elérhető nyomatékot, és a robot nem fog olyan gyorsan mozogni, vagy egyáltalán nem mozog. Az is lehetséges, hogy ha két, közel azonos kialakítású robot kölcsönhatásba lép, az alacsonyabb áttételű hajtáslánccal rendelkező robot valószínűleg meg tudja tolni a nagyobb áttételű hajtásláncú robotot, mert az alacsonyabb áttételű robot nagyobb nyomatékkal rendelkezik. Egy másik példa az, hogy egy kar akkor sem foroghat, ha közvetlenül egy motorba helyezett tengelyhez van rögzítve, mert elforgatása meghaladhatja a motor rendelkezésre álló nyomatékát. Ebben az esetben növelni kell a nyomaték áttételi arányát a motor nyomatékának növelésére és a kar forgatásához szükséges nyomaték túllépésére.
A V5 Smart Motor sebessége és nyomatéka a Motor Dashboard segítségével mérhető
Robot valóság
Szerencsére a V5 ClawBot összeszerelési útmutatójában használt áttételek elegendőek az egyedi robotok tervezésének megkezdéséhez. Sok hajtáslánc úgy működik jól, hogy közvetlenül hajtja meg a kerekek tengelyét vagy a lánckerék tengelyét a V5 Smart Motorral a zöld 200 RPM V5 hajtóműpatronnal. Ha azonban a kialakításban egy szerkezetet, például tornyot vagy játékdarab-bemenetet kell elhelyezni ott, ahol a motor található, akkor a fent leírt módon lánckerekek és láncok vagy fogaskerekek segítségével történő erőátvitel használható. A legtöbb kar esetében a fent ismertetett 7:1-es forgatónyomaték-áttételi arány elegendő, ha a 12T fogaskereket egy 200 ford./perc fordulatszámú motorral hajtja, és egy 84T hajtott fogaskereket a karhoz csatlakoztat. Ahogy a versenyelőny egyre fontosabbá válik, egyre fontosabbá válik a sebesség és a nyomaték közötti „sweet spot” egyensúly megtalálása. Ezt úgy érheti el, hogy egy V5 Smart Motort használ a három elérhető V5 hajtóműpatron egyikével (piros: 100 ford./perc, zöld: 200 ford./perc, kék: 600 ford./perc), és ha szükséges, a motort egy áttétellel kombinálja a nyomaték vagy a nyomaték növelése érdekében. áttétel a sebesség növelésére.
A fogaskerekek és egyéb mozgatható hardverek a következő címen vásárolhatók meg https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.