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:
Az alábbi animáció egy azonos méretűhajtókerék és hajtott fogaskerék példáját mutatja, ebben az esetben 60 fogú és 60 fogú.
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 3D-s ábra egy 1:1 áttételű áttételt mutat 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.
Tekintse meg az alábbi animációt és 3D-s összeállítást, hogy példákat lásson egy sokkal kisebb fogaskerékre, amely egy sokkal nagyobb, jelen esetben 12 és 60 fogú fogaskereket hajt.
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 60 fogas fogaskereket hajt egy hajtott 12 fogas fogaskerékhez egy keréken, akkor amikor a 60 fogas hajtó fogaskerék egyszer forog, a 12 fogas hajtott fogaskerék öt (5) alkalommal fordul el. Ezt 1:5 áttételnek nevezik. Ebben az esetben a fordulatszám 5/1-szerese, a nyomatékkimenet azonban 1/5.
Tekintse meg az alábbi animációt és 3D-s összeállítást, hogy példákat lásson egy sokkal nagyobb fogaskerékre, amely egy sokkal kisebb fogaskereket hajt – ebben az esetben 60 és 12 fogúat.
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 olyan kerekek forgatására szolgálnak, amelyek nem motorhoz vannak csatlakoztatva, ahogy az az alábbi két 3D-s elrendezésben is látható.
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 azt jelenti, hogy milyen gyorsan forog valami. Általában percenkénti fordulatszámban, vagy RPM-ben mérik. Például egy V5 Smart Motor tengelye percenként 100 fordulattal, azaz 100 RPM-mel foroghat. Az áttétel megváltoztathatja a kimenet forgási sebességét. Ebben a cikkben a sebességváltó áttételét a következőképpen írjuk fel: hajtott fogaskerék : hajtó fogaskerék.
Ha 1:5 áttételt használunk, egy 60 fogú hajtókerék egy 12 fogú hajtott fogaskereket forgat. Mivel a hajtott fogaskerék kisebb, ötször gyorsabban forog, mint a motor tengelye. Ha a motor tengelye 100 fordulat/perc sebességgel forog, akkor a 12 fogú hajtott fogaskerék 500 fordulat/perc sebességgel fog forogni.
Ha 5:1 áttételt használunk, egy 12 fogú hajtókerék egy 60 fogú hajtott fogaskereket forgat. Mivel a hajtott fogaskerék nagyobb, ötször lassabban forog, mint a motor tengelye. Ha a motor tengelye 100 fordulat/perc sebességgel forog, akkor a 60 fogú hajtott fogaskerék 20 fordulat/perc sebességgel fog forogni.
Ez segít megmagyarázni, miért nem mindig a leggyorsabb áttétel a legjobb választás. Egy gyorsabb robot jobban hangozhat, de ha a kerekek vagy a kar túl gyorsan mozog, a robot irányítása nehezebbé válhat. A lassabb áttétel könnyebben irányíthatóvá és pontosabbá teheti a mozgást.
Nyomaték
A nyomaték egy csavaróerő, amely segít valamit elforgatni, például egy kereket, fogaskereket vagy robotkart. A motorok csak egy bizonyos nyomatékot tudnak leadni. Az áttétel a kimeneti nyomatékot is befolyásolhatja.
Ha 1:5 áttételt használunk, egy 60 fogú hajtókerék egy 12 fogú hajtott fogaskereket forgat. Ezáltal a kimenet gyorsabban forog, de a kimeneti nyomaték a motor nyomatékának 1/5-ére csökken. Például, ha a motor 1 Nm nyomatékot ad le, a kimeneti nyomaték 0,2 Nm lesz.
Ha 5:1 áttételt használunk, egy 12 fogú hajtókerék egy 60 fogú hajtott fogaskereket forgat. Ezáltal a kimeneti forgás lelassul, de a kimeneti nyomaték ötszörösére nő a motor nyomatékának. Például, ha a motor 1 Nm nyomatékot ad le, akkor a kimeneti nyomaték 5 Nm lesz.
A nyomaték egy másik ok, amiért a leggyorsabb áttétel nem mindig használható. Ha egy robot nagyobb sebességre van beállítva, akkor kisebb a nyomatéka. Ez azt jelenti, hogy a robot esetleg nem tud jól tolni, nem lesz képes felemelni a karját, vagy akár úgy mozogni, ahogy szeretnéd. Például egy nagyobb nyomatékkal rendelkező robot jobban tud egy másik robotot tolni. Egy robotkarnak nagyobb nyomatékra is szüksége lehet a játéktárgyak felemeléséhez vagy a saját súlyának mozgatásához. Ilyen esetekben a nyomatékot növelő áttétel a jobb választás.
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.
Fogaskerekek és egyéb mozgásvezérlő hardverek megvásárolhatók a VEX Robotics Store- .