Utilizzo dei rapporti di trasmissione con il motore V5

Il sistema VEX EDR è dotato di due tipi di ingranaggi cilindrici, il Gear Kit e l'High Strength Gear Kit (vedereCome selezionare un ingranaggio cilindrico). Questi ingranaggi possono essere assemblati per personalizzare il trasferimento di potenza, aumentare la coppia o aumentare la velocità. Ciò può essere fatto assemblando due o più ingranaggi insieme sugli alberi di trasmissione in modo che i denti degli ingranaggi si ingranino. Un motore aziona l'albero motore di uno degli ingranaggi. 

Rapporti di trasmissione 

I rapporti di trasmissione semplici utilizzano un solo ingranaggio per albero di trasmissione. L'ingranaggio che fornisce la potenza, o input, è chiamato ingranaggio motore e l'ingranaggio che viene girato, o responsabile dell'output, è chiamato ingranaggio condotto Il rapporto di trasmissione viene calcolato utilizzando la seguente formula:

 

• Coppia: La forza di rotazione che il motore può applicare ai componenti del robot.
• Velocità: La velocità di rotazione è la velocità con cui gira un oggetto. 
• Trasferimento di potenza: Il processo di trasmissione di energia dal motore alle varie parti del robot per azionare ingranaggi, ruote o altri componenti meccanici. 

Rapporto di trasmissione 1:1 

Un rapporto di trasmissione pari 1: significa che l'ingranaggio conduttore compie un giro per far sì che l'ingranaggio condotto completi un giro. Questo rapporto di trasmissione offre i seguenti vantaggi:

• Velocità e coppia bilanciate: Poiché il rapporto tra l'ingranaggio conduttore e quello condotto è uguale, non vi è alcuna variazione di velocità o coppia tra i due ingranaggi. Questo bilanciamento è ideale per le applicazioni in cui le prestazioni native del motore sono sufficienti.
• Trasferimento diretto di potenza: Questo rapporto di trasmissione garantisce che la potenza generata dal motore venga trasferita direttamente al componente azionato senza alcuna perdita.
• Design semplificato: Un rapporto di trasmissione 1:1 semplifica la progettazione meccanica del robot, rendendo più diretti il processo di progettazione e costruzione.
• Prestazioni prevedibili: Poiché le velocità di input e output sono identiche, le prestazioni del robot sono più prevedibili. Ciò può rivelarsi vantaggioso per le attività in cui sono richieste prestazioni costanti o in cui la tempistica è fondamentale.

Il grafico seguente mostra un esempio di rapporto di trasmissione 1:1. L'ingranaggio conduttore e quello condotto hanno lo stesso numero di denti (60T). Il motore fa ruotare una volta l'ingranaggio conduttore da 60T per far sì che l'ingranaggio condotto da 60T completi un giro. 

 

Rapporto di trasmissione 5:1 

Un rapporto di trasmissione : significa che l'ingranaggio conduttore deve compiere cinque giri affinché l'ingranaggio condotto ne compia un altro. Questo rapporto di trasmissione offre i seguenti vantaggi:

• Coppia aumentata: La coppia è la forza di rotazione che il motore può applicare ai componenti del robot. Aumentando la coppia, un robot può gestire carichi più pesanti ed eseguire compiti che richiedono più forza, come sollevare e spingere oggetti. L'ingranaggio conduttore ha meno denti di quello condotto, per cui la coppia erogata è 5 volte maggiore, mentre la velocità erogata è solo 1/5. 
• Velocità ridotta: Mentre la coppia aumenta, la velocità dell'ingranaggio condotto viene ridotta. La riduzione della velocità è utile per le attività che richiedono maggiore controllo e precisione.
• Efficienza del motore migliorata: Un rapporto di trasmissione più elevato consente al motore di funzionare in modo più efficiente. Questo rapporto di trasmissione può ridurre l'usura del motore e prolungarne la durata.
• Personalizzazione per attività specifiche: Questo rapporto di trasmissione può essere integrato con un sistema di ingranaggi più grande che consente la personalizzazione delle caratteristiche prestazionali del robot.

Rapporto di trasmissione 1:5 

Aumento della velocità (alta velocità) - Con questo tipo di rapporto di trasmissione l'obiettivo è aumentare la velocità del motore, ad esempio da un motore a una ruota. L'ingranaggio conduttore ha più denti di quello condotto. Ad esempio, se un motore aziona un ingranaggio da 60T verso un ingranaggio condotto da 12T su una ruotaquando l'ingranaggio conduttore da 60T ruota una volta, l'ingranaggio condotto da 12T ruota cinque (5) volte. Questo è noto come rapporto di trasmissione 1:5. In questo caso la velocità in uscita è 5/1 volte maggiore, mentre la coppia in uscita è 1/5.

Esplora il grafico seguente per visualizzare ciascun angolo di un rapporto di trasmissione 1:5. 

Treno di ingranaggi 

Un treno di ingranaggi è costituito da una serie di ingranaggi che trasmettono il movimento e la potenza da una parte del robot all'altra. I treni di ingranaggi modificano la velocità, la coppia e la direzione del moto rotatorio. I treni di ingranaggi sono costituiti da ingranaggi con denti che si ingranano tra loro per trasmettere il movimento; alberi che tengono fermi gli ingranaggi e consentono loro di ruotare; e collari degli alberi che aiutano a tenere fermi tutti i componenti. Le funzioni di un treno di ingranaggi includono le seguenti:

• Regolazione della velocità: I treni di ingranaggi aumentano o diminuiscono la velocità di rotazione; un ingranaggio conduttore più piccolo che ingrana con un ingranaggio condotto più grande riduce la velocità ma aumenta la coppia, mentre un ingranaggio conduttore più grande che ingrana con un ingranaggio condotto più piccolo aumenta la velocità ma riduce la coppia.

I treni di ingranaggi vengono utilizzati per far girare le ruote che non sono collegate a un motore. 

Note speciali

I rapporti per i sistemi di pignoni e catene funzionano allo stesso modo dei rapporti di trasmissione. I sistemi a pignone e catena hanno il vantaggio che i pignoni possono essere posizionati a diverse distanze l'uno dall'altro perché sono collegati da una catena. Tuttavia, le maglie della catena possono rompersi con una forza inferiore a quella con cui si rompe un dente di un ingranaggio ad alta resistenza. Entrambi i tipi di rottura dovranno essere riparati affinché il robot possa tornare a funzionare correttamente.

È possibile posizionare un numero qualsiasi di ingranaggi di qualsiasi dimensione tra l'ingranaggio conduttore e quello condotto in un rapporto di trasmissione semplice, senza che ciò modifichi il rapporto di trasmissione. Ad esempio, un ingranaggio da 12T aziona un ingranaggio da 36T che aziona un ingranaggio condotto da 60T; il rapporto di trasmissione è ancora 5:1, come se l'ingranaggio da 60T fosse azionato direttamente dall'ingranaggio da 12T.

Velocità

La velocità di rotazione è la velocità con cui un oggetto gira. Ad esempio, la sede dell'albero di un motore intelligente V5 potrebbe ruotare a 100 giri al minuto o 100 RPM. Come spiegato sopra, se si utilizza un rapporto di trasmissione 5:1, un ingranaggio conduttore da 60 denti viene fatto girare dall'albero motore e poi un ingranaggio condotto da 12 denti; l'ingranaggio da 12 denti ruoterà a una velocità 5 volte superiore. Utilizzando l'esempio precedente, l'ingranaggio a 12 denti girerà a 500 giri al minuto, rispetto ai 100 giri al minuto dell'albero motore. Se si utilizza un rapporto di trasmissione di 1:5, un ingranaggio conduttore da 12 denti viene fatto girare dall'albero motore e poi un ingranaggio condotto da 60 denti; l'ingranaggio da 60 denti ruoterà a una velocità pari a 1/5 di quella normale. Utilizzando nuovamente l'esempio precedente, l'ingranaggio da 60 denti girerà a 20 giri al minuto, rispetto ai 100 giri al minuto dell'albero motore. 

Allora perché non si dovrebbe sempre usare il rapporto di trasmissione più veloce possibile? Sembrerebbe che più un robot si muove velocemente, più è competitivo. Il primo motivo è che esiste una velocità massima alla quale è possibile controllare le funzioni di un robot. Per fare un paio di esempi, se la funzione è quella di far muovere il robot, se le ruote girano troppo velocemente potrebbe essere molto difficile controllarlo. Se la funzione è quella di un braccio che ruota su e giù, se ruota troppo velocemente, potrebbe essere difficile da controllare.

Coppia

La coppia è la quantità di forza necessaria per far ruotare un carico a una certa distanza. I motori hanno una coppia limitata. Ad esempio, se un motore V5 Smart produce 1 Nm (Newton metri) di coppia, quando viene utilizzato un rapporto di trasmissione 5:1, l'ingranaggio condotto da 12 denti produrrà ⅕ della coppia in ingresso del motore, ovvero 0,2 Nm in uscita; con un rapporto di trasmissione 1:5, l'ingranaggio condotto da 60 denti produrrà 5 volte la coppia in ingresso del motore, ovvero 5 Nm in uscita. 

La coppia è il secondo motivo per cui non sempre è possibile utilizzare il rapporto di trasmissione più rapido possibile quando si progetta un robot. Quando si utilizza un rapporto di trasmissione con velocità aumentata per azionare più velocemente le ruote di un robot, è possibile che il rapporto di trasmissione superi la coppia disponibile dal motore e che il robot non si muova altrettanto velocemente o non si muova affatto. È anche possibile che, se due robot con un design pressoché identico interagiscono, il robot con una trasmissione con un rapporto di trasmissione più basso sarà probabilmente in grado di spingere il robot con una trasmissione con un rapporto di trasmissione più alto, perché il robot con un rapporto di trasmissione più basso avrà più coppia. Un altro esempio è che un braccio potrebbe non ruotare anche se è direttamente collegato a un albero inserito in un motore, perché la sua rotazione potrebbe superare la coppia disponibile del motore. In questo caso, è necessario utilizzare un rapporto di trasmissione con coppia incrementale per aumentare la coppia in uscita dal motore e superare la quantità di coppia necessaria per ruotare il braccio.

La velocità e la coppia di un motore intelligente V5 possono essere misurate utilizzando il Motor Dashboard

Realtà robotica

Fortunatamente, i rapporti di trasmissione utilizzati nelle istruzioni di montaggio per il V5 ClawBot sono sufficienti per iniziare a progettare robot personalizzati. Molte trasmissioni funzionano bene azionando direttamente gli alberi delle ruote o le ruote dentate con il motore intelligente V5 con la cartuccia ingranaggi V5 verde da 200 giri/min. Tuttavia, se è necessario posizionare una struttura nel progetto, come una torre o un'aspirazione per pezzi di gioco, nel punto in cui si trova un motore, è possibile utilizzare un trasferimento di potenza mediante pignoni e catena o ingranaggi, come spiegato sopra. Per la maggior parte dei bracci, il rapporto di trasmissione con coppia aumentata di 7:1 spiegato sopra è sufficiente azionando l'ingranaggio da 12 denti con un motore da 200 giri/min e collegando al braccio un ingranaggio condotto da 84 denti. Man mano che il vantaggio competitivo diventa più importante, diventa più importante trovare il giusto equilibrio tra velocità e coppia. Ciò può essere ottenuto utilizzando un motore intelligente V5 con una delle tre cartucce di ingranaggi V5 disponibili (rosso: 100 giri/min, verde: 200 giri/min, blu: 600 giri/min) e, se necessario, combinando il motore con un rapporto di trasmissione per aumentare la coppia o un rapporto di trasmissione per aumentare la velocità.

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