VEX EDR システムには、ギア キットと高強度ギア キットの 2 種類の平歯車があります (平歯車の選択方法」を参照してください)。これらのギアを組み立てることで、動力伝達をカスタマイズしたり、トルクを増大させたり、速度を増大させたりすることができます。これは、ギアの歯が互いに噛み合うように、2 つ以上のギアをドライブ シャフト上に組み立てることによって実現できます。モーターがギアの 1 つのドライブ シャフトに動力を供給します。
ギア比
シンプルなギア比では、ドライブシャフトごとに 1 つのギアのみを使用します。動力、つまり入力を供給するギアは 駆動ギア と呼ばれ、回転する、 出力を担当するギアは 従動ギア 3 と呼ばれます。ギア比は次の式を使用して計算されます。
以下の動画では、同じサイズの駆動ギアと従動ギアこの場合は60歯と60歯）の例を示しています
1:1 ギア比
1:1 ギア比 は、駆動ギアが 1 回転して従動ギアが 1 回転することを意味します。このギア比には次のような利点があります。
- バランスのとれた速度とトルク: 駆動ギアと従動ギアの比率が等しいため、2 つのギア間の速度やトルクに変化はありません。このバランスは、モーター本来の性能が十分なアプリケーションに最適です。
- 直接動力伝達: このギア比により、モーターによって生成された動力が損失なく駆動コンポーネントに直接伝達されます。
- 簡素化された設計: 1:1 のギア比により、ロボットの機械設計が簡素化され、設計と構築のプロセスがより簡単になります。
- 予測可能なパフォーマンス: 入力速度と出力速度が同じなので、ロボットのパフォーマンスがより予測しやすくなります。これは、一貫したパフォーマンスが求められるタスクや、タスクのタイミングが重要なタスクに有利です。
以下の3Dモデルは、1:1のギア比の例を示しています。駆動ギアと従動ギアの歯数は同じ（60T）です。モーターは 60T 駆動ギアを 1 回転させ、60T 従動ギアを 1 回転させます。
5:1 ギア比
5:1 ギア比 は、従動ギアが 1 回転するために駆動ギアが 5 回転する必要があることを意味します。このギア比には次のような利点があります。
- トルクの増加: トルクは、モーターがロボットのコンポーネントに適用できる回転力です。トルクを増加させることで、ロボットはより重い負荷を処理できるようになり、物体を持ち上げたり押したりするなど、より大きな力を必要とする作業を実行できるようになります。駆動ギアの歯数は従動ギアより少ないため、トルク出力は 5 倍になりますが、速度出力は 1/5 になります。
- 減速: トルクが増加する一方で、従動ギアの速度は低下します。速度を低下させることは、より高い制御と精度が求められるタスクには有益です。
- モーター効率の向上: ギア比が高くなると、モーターはより効率的に動作します。このギア比により、モーターの摩耗が軽減され、モーターの寿命が延びます。
- 特定のタスクのカスタマイズ: このギア比は、より大きなギアシステムと統合することができ、ロボットのパフォーマンス特性をカスタマイズできます。
以下の動画と3Dモデルをご覧いただくと、非常に小さな歯車が、はるかに大きな歯車（この場合は12歯と60歯）を駆動する例をご覧いただけます。
1:5 ギア比
速度を上げる (高速) - このタイプのギア比では、モーターからホイールへの速度など、モーターからの速度を上げることが目的です。駆動ギアには従動ギアよりも多くの歯があります。例えば、モーターが60Tの駆動ギアを駆動し、車輪上の12Tの従動ギアを駆動する場合、60Tの駆動ギアが1回転すると、12Tの従動ギアは5回転します。これは1:5のギア比として知られています。この場合、速度出力は 5/1 倍になりますが、トルク出力は 1/5 になります。
以下の動画と3Dモデルをご覧いただくと、はるかに大きな歯車がはるかに小さな歯車（この場合は歯数60と歯数12）を駆動する例をご覧いただけます。
ギアトレイン
ギア トレイン は、ロボットの一部から別の部分に動きと動力を伝達する一連のギアで構成されています。ギアトレインは回転運動の速度、トルク、方向を変更します。ギアトレインは、動きを伝達するために噛み合う歯を持つギア、ギアを所定の位置に保持して回転できるようにするシャフト、およびすべてのコンポーネントを所定の位置に保持するのに役立つシャフトカラーで構成されます。ギアトレインの機能は次のとおりです。
- 速度調整: ギア トレインにより回転速度が増減します。小さい駆動ギアが大きい従動ギアと噛み合うと速度は低下しますがトルクは増加します。一方、大きい駆動ギアが小さい従動ギアと噛み合うと速度は上昇しますがトルクは減少します。
ギアトレインは、モーターに接続されていない車輪を回転させるために使用されます。下の2つの3Dモデルをご覧ください。
特記事項
スプロケットとチェーン システムの比率は、ギア比と同じように機能します。スプロケットとチェーンのシステムの利点は、スプロケットがチェーンで接続されているため、スプロケットを複数の距離に離して配置できることです。 ただし、高強度ギアでは、歯が破損するよりも少ない力でチェーンリンクが破損する可能性があります。ロボットが完全に機能するためには、どちらのタイプの破損も修理する必要があります。
駆動ギアと従動ギアの間に、任意の数、任意のサイズのギアを単純なギア比で配置することができ、ギア比は変わりません。たとえば、12T ギアが 36T ギアを駆動し、36T ギアが 60T 被駆動ギアを駆動する場合、ギア比は 5:1 のままで、60T ギアが 12T ギアによって直接駆動される場合と同じです。
スピード
回転速度とは、物体が回転する速さのことです。通常は1分あたりの回転数（RPM）で測定されます。例えば、V5スマートモーターのシャフトは、毎分100回転、つまり100RPMで回転するかもしれません。ギア比を変えることで、出力の回転速度を調整できます。この記事では、ギア比は従動ギア：駆動ギアの形で表記されます。
1:5のギア比を使用する場合、60歯の駆動ギアが12歯の従動ギアを回転させます。駆動ギアはモーターシャフトよりも小さいため、モーターシャフトよりも5倍速く回転します。モーターシャフトが毎分100回転で回転する場合、12歯の駆動ギアは毎分500回転で回転します。
5:1のギア比を使用する場合、12歯の駆動ギアが60歯の従動ギアを回転させます。駆動ギアはモーターシャフトよりも大きいため、モーターシャフトよりも5倍遅く回転します。モーターシャフトが毎分100回転で回転する場合、60歯の駆動ギアは毎分20回転で回転します。
これは、最速のギア比が必ずしも最良の選択肢ではない理由を説明するのに役立ちます。ロボットの速度が速い方が魅力的に聞こえるかもしれないが、車輪やアームが速く動きすぎると、ロボットの制御が難しくなる可能性がある。ギア比が低いほど、動きの制御が容易になり、より正確な動作が可能になります。
トルク
トルクとは、車輪、歯車、ロボットアームなど、物体を回転させるのに役立つねじり力のことです。モーターが発生できるトルクには限界がある。ギア比によって、出力トルクの大きさも変化する。
1:5のギア比を使用する場合、60歯の駆動ギアが12歯の従動ギアを回転させます。これにより出力回転速度は速くなりますが、同時に出力トルクはモーターのトルクの5分の1に低下します。例えば、モーターが1Nmのトルクを発生させる場合、出力トルクは0.2Nmになります。
5:1のギア比を使用する場合、12歯の駆動ギアが60歯の従動ギアを回転させます。これにより出力回転速度は低下するが、出力トルクはモーターのトルクの5倍に増加する。例えば、モーターが1Nmのトルクを発生させる場合、出力トルクは5Nmになります。
トルクも、常に最速のギア比が使えるとは限らない理由の一つです。ロボットの速度を上げるようにギア比を調整すると、トルクは小さくなる。つまり、ロボットがうまく押せなかったり、腕を上げられなかったり、あるいはあなたが望むように動かなかったりする可能性があるということです。例えば、トルクの大きいロボットは、別のロボットを押すのに優れているかもしれない。ロボットアームは、ゲーム内のオブジェクトを持ち上げたり、自身の重量を支えたりするために、より大きなトルクを必要とする場合もある。そのような場合、トルクを増加させるギア比の方がより良い選択肢となる。
V5スマートモーターの速度とトルクは、モーターダッシュボードを使用して測定できます。
ロボットリアリティ
幸いなことに、V5 ClawBot の組み立て手順書で使用されているギア比は、カスタム ロボットの設計を開始するのに十分です。多くのドライブトレインは、緑色の 200 RPM V5 ギア カートリッジを備えた V5 スマート モーターを使用して、ホイールまたはトラック スプロケットのシャフトを直接駆動することで適切に機能します。ただし、タワーやゲームピースの取入口などの設計上の構造をモーターの配置場所に配置する必要がある場合は、上記で説明したようなスプロケットとチェーンまたはギアを使用した動力伝達を使用できます。ほとんどのアームの場合、12T ギアを 200 RPM モーターで駆動し、84T 駆動ギアをアームに取り付けることで、上で説明した 7:1 のトルク増加ギア比で十分です。競争上の優位性がより重要になるにつれて、速度とトルクの間の「スイートスポット」バランスを見つけることがより重要になります。これは、V5 スマート モーターと、使用可能な 3 つの V5 ギア カートリッジ (赤: 100 RPM、緑: 200 RPM、青: 600 RPM) のいずれかを使用し、必要に応じて、モーターとギア比を組み合わせてトルクを増加したり、ギア比を組み合わせて速度を増加したりすることで実現できます。
ギアやその他のモーションハードウェアは Robotics Storeで購入できます。