VEX EDR 시스템에는 두 가지 유형의 스퍼 기어, 기어 키트 및 고강도 기어 키트가 있습니다(스퍼 기어 선택 방법참조). 이러한 기어를 조립하면 동력 전달을 맞춤화하고, 토크를 높이거나 속도를 높일 수 있습니다. 이는 두 개 이상의 기어를 구동축에 조립하여 기어의 이빨이 서로 맞물리도록 하면 됩니다. 모터는 기어 중 하나의 구동축에 동력을 공급합니다.
기어비
간단한 기어비는 구동축 당 하나의 기어만 사용합니다. 동력 또는 입력을 제공하는 기어를 구동 기어 이라고 하며, 회전하거나 출력을 담당하는 기어를 구동 기어라고 합니다. 기어비는 다음 공식을 사용하여 계산합니다.
아래 애니메이션을 통해 동일한 크기이 경우 60개 톱니와 60개 톱니)의 구동 기어와 피구동 기어의 예를 확인하십시오
1:1 기어비
1:1 기어비 은 구동 기어가 한 바퀴 회전하여 종동 기어가 한 바퀴 완전히 회전한다는 것을 의미합니다. 이 기어비는 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 균형 잡힌 속도와 토크: 구동 기어와 피동 기어의 비율이 같으므로 두 기어 사이에 속도나 토크 변화가 없습니다. 이러한 균형은 모터의 기본 성능이 충분한 응용 분야에 이상적입니다.
- 직접 동력 전달: 이 기어비는 모터에서 생성된 동력이 손실 없이 구동되는 부품에 직접 전달되도록 보장합니다.
- 간소화된 설계: 1:1 기어비는 로봇의 기계 설계를 간소화하여 설계 및 제작 과정을 더 간단하게 만듭니다.
- 예측 가능한 성능: 입력 및 출력 속도가 동일하므로 로봇의 성능이 더욱 예측 가능합니다. 이는 일관된 성과가 요구되는 작업이나 작업 타이밍이 중요한 작업에 유용할 수 있습니다.
아래의 3D 모델은 1:1 기어비의 예를 보여줍니다. 구동기어와 피동기어의 이빨 수는 동일합니다(60T). 모터는 60T 구동 기어를 한 바퀴 회전시켜 60T 종동 기어가 한 바퀴 완전히 회전하도록 합니다.
5:1 기어비
5:1 기어비 은 구동 기어가 5회전해야 피동 기어가 1회전을 완료한다는 것을 의미합니다. 이 기어비는 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 증가된 토크: 토크는 모터가 로봇의 구성 요소에 적용할 수 있는 회전력입니다. 토크를 증가시키면 로봇은 더 무거운 하중을 처리할 수 있고, 물건을 들어올리거나 밀어내는 등 더 많은 힘이 필요한 작업을 수행할 수 있습니다. 구동 기어는 종동 기어보다 이빨이 적어 토크 출력은 5배나 큰 반면 속도 출력은 1/5에 불과합니다.
- 감소된 속도: 토크가 증가하는 동안 구동 기어의 속도가 감소합니다. 속도 감소는 더 많은 제어와 정밀성이 필요한 작업에 유익합니다.
- 향상된 모터 효율성: 기어비가 높을수록 모터가 더 효율적으로 작동할 수 있습니다. 이러한 기어비는 모터의 마모를 줄이고 모터의 수명을 연장할 수 있습니다.
- 특정 작업에 대한 사용자 정의: 이 기어 비율은 더 큰 기어 시스템과 통합되어 로봇의 성능 특성을 사용자 정의할 수 있습니다.
아래 애니메이션과 3D 모델을 통해 훨씬 작은 기어가 훨씬 큰 기어(이 경우 12개 톱니와 60개 톱니)를 구동하는 예를 확인해 보세요.
1:5 기어비
속도 증가(고속) - 이 유형의 기어비의 목적은 모터에서 바퀴로의 속도를 높이는 것입니다. 구동 기어는 종동 기어보다 이빨이 더 많습니다. 예를 들어, 모터가 휠에 있는 60T 구동 기어를 12T 피구동 기어에 연결하면 60T 구동 기어가 한 번 회전할 때 12T 피구동 기어는 5회 회전합니다. 이것은 1:5 기어비로 알려져 있습니다. 이 경우 속도 출력은 5/1배이지만 토크 출력은 1/5입니다.
아래 애니메이션과 3D 모델을 통해 훨씬 큰 기어가 훨씬 작은 기어(이 경우 톱니 60개와 톱니 12개)를 구동하는 예를 확인해 보세요.
기어 트레인
기어 트레인 은 로봇의 한 부분에서 다른 부분으로 동작과 동력을 전달하는 일련의 기어로 구성됩니다. 기어열은 회전 운동의 속도, 토크, 방향을 변경합니다. 기어열은 운동을 전달하기 위해 서로 맞물리는 이빨이 있는 기어, 기어를 제자리에 고정하고 회전할 수 있게 하는 샤프트, 모든 구성 요소를 제자리에 고정하는 데 도움이 되는 샤프트 칼라로 구성됩니다. 기어 트레인의 기능은 다음과 같습니다.
- 속도 조정: 기어 열차는 회전 속도를 높이거나 낮춥니다. 더 작은 구동 기어가 더 큰 종동 기어와 맞물리면 속도는 낮아지지만 토크는 증가하고, 더 큰 구동 기어가 더 작은 종동 기어와 맞물리면 속도는 높아지지만 토크는 감소합니다.
기어 트레인은 아래의 두 3D 모델에서 볼 수 있듯이 모터에 연결되지 않은 바퀴를 회전시키는 데 사용됩니다.
특별 참고 사항
스프라켓과 체인 시스템의 비율은 기어 비율과 동일한 방식으로 작동합니다. 스프라켓과 체인 시스템은 스프라켓이 체인으로 연결되어 있기 때문에 스프라켓을 여러 거리 간격으로 배치할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 체인 링크는 고강도 기어의 이빨이 부러지는 것보다 적은 힘으로 부러질 수 있습니다. 로봇이 완벽하게 작동하려면 어떤 종류의 파손이든 수리해야 합니다.
간단한 기어비로 구동 기어와 종동 기어 사이에 아무리 많은 크기의 기어를 배치해도 기어비는 변하지 않습니다. 예를 들어, 12T 기어는 36T 기어를 구동하고, 36T 기어는 60T 구동 기어를 구동하더라도 기어비는 여전히 5:1이며, 이는 60T 기어가 12T 기어에 의해 직접 구동되는 것과 같습니다.
속도
회전 속도는 물체가 회전하는 속도를 나타냅니다. 일반적으로 분당 회전수(RPM)로 측정됩니다. 예를 들어, V5 스마트 모터의 샤프트는 분당 100회전(RPM)으로 회전할 수 있습니다. 기어비는 출력축의 회전 속도를 변경할 수 있습니다. 이 글에서 기어비는 피동기어 : 구동기어로 표기합니다.
1:5의 기어비를 사용할 경우, 60개의 톱니가 있는 구동 기어가 12개의 톱니가 있는 피동 기어를 회전시킵니다. 구동 기어가 더 작기 때문에 모터 축보다 5배 더 빠르게 회전합니다. 모터 축이 100RPM으로 회전하면 12개의 톱니가 있는 구동 기어는 500RPM으로 회전합니다.
5:1의 기어비가 사용될 경우, 12개의 톱니를 가진 구동 기어가 60개의 톱니를 가진 피동 기어를 회전시킵니다. 구동 기어가 더 크기 때문에 모터 축보다 5배 느리게 회전합니다. 모터 축이 100RPM으로 회전하면 60개의 톱니가 있는 구동 기어는 20RPM으로 회전합니다.
이는 가장 빠른 기어비가 항상 최선의 선택이 아닌 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다. 로봇의 속도가 빠를수록 좋아 보일 수 있지만, 바퀴나 팔이 너무 빠르게 움직이면 로봇을 제어하기가 더 어려워질 수 있습니다. 기어비가 낮을수록 움직임을 더 쉽게 제어하고 정밀하게 조절할 수 있습니다.
토크
토크는 바퀴, 기어 또는 로봇 팔과 같은 물체를 회전시키는 데 도움이 되는 비틀림 힘입니다. 모터는 일정량의 토크만 생성할 수 있습니다. 기어비는 출력의 토크 크기에도 영향을 미칠 수 있습니다.
1:5의 기어비를 사용할 경우, 60개의 톱니가 있는 구동 기어가 12개의 톱니가 있는 피동 기어를 회전시킵니다. 이렇게 하면 출력 회전 속도는 빨라지지만 출력 토크는 모터 토크의 1/5로 감소합니다. 예를 들어 모터가 1 Nm의 토크를 발생시키면 출력 토크는 0.2 Nm가 됩니다.
5:1의 기어비가 사용될 경우, 12개의 톱니를 가진 구동 기어가 60개의 톱니를 가진 피동 기어를 회전시킵니다. 이렇게 하면 출력 회전 속도는 느려지지만 출력 토크는 모터 토크의 5배로 증가합니다. 예를 들어 모터가 1Nm의 토크를 발생시키면 출력 토크는 5Nm가 됩니다.
토크 또한 가장 빠른 기어비를 항상 사용할 수 없는 또 다른 이유입니다. 로봇의 속도를 높이도록 설계되면 토크는 낮아집니다. 즉, 로봇이 제대로 밀지 못하거나, 팔을 들어 올리지 못하거나, 심지어 사용자가 원하는 대로 움직이지 못할 수도 있다는 뜻입니다. 예를 들어, 토크가 더 큰 로봇은 다른 로봇을 미는 데 더 유리할 수 있습니다. 로봇 팔은 게임 오브젝트를 들어 올리거나 자체 무게를 이동시키기 위해 더 큰 토크가 필요할 수도 있습니다. 이러한 경우에는 토크를 증가시키는 기어비가 더 나은 선택입니다.
V5 스마트 모터의 속도와 토크는 모터 대시보드를 사용하여 측정할 수 있습니다.
로봇 현실
다행히도 V5 클로봇 조립 설명서에 사용된 기어비는 맞춤형 로봇을 설계하기에 충분합니다. 많은 구동계는 녹색 200 RPM V5 기어 카트리지가 장착된 V5 스마트 모터로 바퀴의 샤프트나 트랙 스프라켓을 직접 구동하여 잘 작동합니다. 그러나 타워나 게임 조각 흡입구와 같은 설계 구조물을 모터가 있는 곳에 배치해야 하는 경우 위에서 설명한 대로 스프라켓과 체인 또는 기어를 사용한 동력 전달을 사용할 수 있습니다. 대부분의 암의 경우, 위에서 설명한 7:1 증가 토크 기어 비율은 200 RPM 모터로 12T 기어를 구동하고 암에 84T 구동 기어를 부착하면 충분합니다. 경쟁 우위가 더욱 중요해짐에 따라 속도와 토크 사이의 "적절한 지점" 균형을 찾는 것이 더욱 중요해졌습니다. 이는 사용 가능한 3개의 V5 기어 카트리지(빨간색: 100 RPM, 초록색: 200 RPM, 파란색: 600 RPM) 중 하나와 V5 스마트 모터를 사용하고, 필요한 경우 토크를 높이기 위한 기어 비율이나 속도를 높이기 위한 기어 비율과 모터를 결합하여 달성할 수 있습니다.
기어 및 기타 모션 하드웨어는 VEX 로봇 스토어에서 구매할 수 있습니다.