Pavarų skaičiaus naudojimas su V5 varikliu – VEX biblioteka

VEX EDR sistemoje yra dviejų tipų cilindrinės pavaros: pavarų komplektas ir didelio stiprumo pavarų komplektas (žr.Kaip pasirinkti spyruoklinę pavarą). Šias pavaras galima surinkti, kad būtų galima pritaikyti galios perdavimą, padidinti sukimo momentą arba padidinti greitį. Tai galima padaryti sumontuojant dvi ar daugiau krumpliaračių ant pavaros velenų taip, kad krumpliaračių dantys susikerta. Variklis maitins vienos iš pavarų pavaros veleną.

Pavarų skaičius

Paprastiems pavarų santykiams naudojama tik viena pavara vienam kardaniniam velenui. Pavara, kuri tiekia galią arba įvestį, vadinama pavara , o pavara, kuri yra pasukama arba atsakinga už išėjimą, vadinama varoma pavara. Pavarų skaičius apskaičiuojamas pagal šią formulę:

Pavarų santykis išreiškiamas kaip varomosios krumpliaračio dantų skaičiaus (išėjimo) ir varomosios krumpliaračio dantų skaičiaus (įėjimo) santykis.

Žiūrėkite toliau pateiktą animaciją, kurioje parodytas vienodo dydžiovaromosios ir varomosios krumpliaračių pavyzdys, šiuo atveju – 60 dantų ir 60 dantų.

Sukimo momentas: sukimosi jėga, kurią variklis gali paveikti roboto komponentams.
Greitis: Sukimosi greitis rodo, kaip greitai sukasi objektas.
Galios perdavimas: Energijos perdavimo iš variklio į įvairias roboto dalis procesas, skirtas pavaroms, ratams ar kitiems mechaniniams komponentams vairuoti.

Pavaros santykis 1:1

1:1 pavaros santykis reiškia, kad varomoji pavara daro vieną apsisukimą, kad varomoji pavara apsisuktų vienu apsisukimu. Šis perdavimo skaičius suteikia šiuos privalumus:

Subalansuotas greitis ir sukimo momentas: Kadangi pavaros ir varomosios pavaros santykis yra lygus, abiejų pavarų greitis ar sukimo momentas nesikeičia. Šis balansas idealiai tinka tais atvejais, kai variklio našumo pakanka.
Tiesioginis galios perdavimas: Šis perdavimo skaičius užtikrina, kad variklio sukurta galia būtų tiesiogiai perduodama varomam komponentui be jokių nuostolių.
Supaprastintas dizainas: 1:1 pavaros santykis supaprastina mechaninį roboto dizainą, todėl projektavimo ir konstravimo procesas tampa paprastesnis.
Nuspėjamas našumas: Kadangi įvesties ir išvesties greičiai yra vienodi, roboto veikimas yra labiau nuspėjamas. Tai gali būti naudinga atliekant užduotis, kuriose būtinas nuoseklus atlikimas arba kai užduoties laikas yra labai svarbus.

Žemiau pateiktame 3D brėžinyje pateiktas 1:1 pavaros perdavimo skaičiaus pavyzdys. Varomoji ir varomoji pavara turi tą patį dantų skaičių (60T). Variklis vieną kartą pasuka 60T varomąją pavarą, kad 60T varomoji pavara atliktų vieną apsisukimą.

Pavaros santykis 5:1

Pavarų perdavimo skaičiaus pavyzdys parodytas kaip 60 dantų virš 12 dantų. Tada tai supaprastinama kaip 5 virš 1 arba santykis 5:1.

5:1 pavaros santykis reiškia, kad varomoji pavara turi apsisukti penkis apsisukimus, kad varomoji pavara apsisuktų vieną kartą. Šis perdavimo skaičius suteikia šiuos privalumus:

Padidintas sukimo momentas: Sukimo momentas yra sukimosi jėga, kurią variklis gali paveikti roboto komponentams. Padidinus sukimo momentą, robotas gali atlaikyti sunkesnius krovinius ir atlikti užduotis, kurioms reikia daugiau jėgos, pavyzdžiui, kelti ir stumti daiktus. Varomoji pavara turi mažiau dantų nei varomoji pavara, todėl sukimo momentas yra 5 kartus didesnis, o greitis yra tik 1/5.
Sumažintas greitis: Didinant sukimo momentą, sumažėja varomos pavaros greitis. Sumažinti greitį naudinga atliekant užduotis, kurioms reikia daugiau kontrolės ir tikslumo.
Pagerintas variklio efektyvumas: Didesnis pavaros santykis leidžia varikliui veikti efektyviau. Šis perdavimo skaičius gali sumažinti variklio susidėvėjimą ir pailginti variklio tarnavimo laiką.
Pritaikymas konkrečioms užduotims: Šis perdavimo skaičius gali būti integruotas su didesne pavarų sistema, leidžiančia pritaikyti roboto veikimo charakteristikas.

Peržiūrėkite animaciją ir 3D konstrukciją žemiau, kad pamatytumėte daug mažesnės pavaros, varančios daug didesnę pavarą, šiuo atveju 12 dantų ir 60 dantų, pavyzdžius.

1:5 pavaros santykis

Pavarų perdavimo skaičiaus pavyzdys parodytas kaip 12 dantų virš 60 dantų. Tada tai supaprastinama kaip 1 iš 5 arba santykis nuo 1 iki 5.

Padidinti greitį (didelis greitis) – naudojant šio tipo pavarų skaičių, siekiama padidinti variklio greitį, pvz., nuo variklio iki rato. Varomoji pavara turi daugiau dantų nei varomoji pavara. Pavyzdžiui, jei variklis varo 60T krumpliaratį į varomąją 12T krumpliaratį ant rato, kai 60T varančioji krumpliaratis apsisuka vieną kartą, 12T varomoji krumpliaratis apsisuka penkis (5) kartus. Tai žinoma kaip 1:5 pavarų perdavimo skaičius. Šiuo atveju greitis yra 5/1 karto didesnis, tačiau sukimo momentas yra 1/5.

Peržiūrėkite animaciją ir 3D konstrukciją žemiau, kad pamatytumėte daug didesnės pavaros, varančios daug mažesnę pavarą, šiuo atveju 60 dantų ir 12 dantų, pavyzdžius.

Pavarų traukinys

pavarų traukinys susideda iš kelių pavarų, kurios perduoda judesį ir galią iš vienos roboto dalies į kitą. Pavarų traukiniai keičia greitį, sukimo momentą ir sukimosi judėjimo kryptį. Pavarų traukiniai susideda iš krumpliaračių su dantimis, kurie susilieja, kad perduoda judesį; velenai, laikantys krumpliaračius ir leidžiantys joms suktis; ir veleno antkakliai, padedantys išlaikyti visus komponentus vietoje. Pavarų traukinio funkcijos apima šias:

Greičio reguliavimas: Pavaros padidina arba sumažina sukimosi greitį; mažesnė varomoji pavara, sujungta su didesne pavara, sumažina greitį, bet padidina sukimo momentą, o didesnė varomoji pavara, sujungta su mažesne pavara, padidina greitį, bet sumažina sukimo momentą.

Pavarų dėžės naudojamos sukti ratus, kurie nėra prijungti prie variklio, kaip parodyta dviejuose toliau pateiktuose 3D modeliuose.

Specialios pastabos

Rodomi du pavarų santykiai, kurie vėliau sudauginami. Pirmasis pavarų santykis yra 36 dantys per 12 dantų, o vėliau supaprastėja iki 3 per 1. Antrasis pavarų santykis yra 60 dantų per 36 dantis, o supaprastėja iki 5 per 3. Gautas santykis tada yra 3 daugiau nei 1, padaugintas iš 5 daugiau nei 3, kas lygu 5 daugiau nei 1.

Žvaigždžių ir grandinių sistemų santykis veikia taip pat, kaip ir pavarų skaičius. Žvaigždučių ir grandinių sistemų pranašumas yra tas, kad žvaigždutes galima išdėstyti keliais atstumais, nes jos yra sujungtos grandine. Tačiau grandinės jungtys gali nutrūkti naudojant mažesnę jėgą, nei gali nutrūkti dantis ant didelio stiprumo pavaros. Kad robotas veiktų visiškai, bet kurį gedimą reikės pataisyti.

Bet koks bet kokio dydžio pavarų skaičius gali būti dedamas tarp varančiosios ir varomos pavaros, naudojant paprastą pavarų skaičių, ir tai nepakeis perdavimo skaičiaus. Pavyzdžiui, 12T pavara varo 36T pavarą, kuri varo 60T pavarą, pavaros santykis vis dar yra 5:1, toks pat, kaip jei 60T pavara būtų varoma tiesiogiai 12T pavara.

Greitis

Sukimosi greitis yra tai, kaip greitai kažkas sukasi. Paprastai jis matuojamas apsisukimais per minutę arba RPM. Pavyzdžiui, „V5 Smart Motor“ velenas gali suktis 100 apsisukimų per minutę arba 100 aps./min. Pavarų santykis gali pakeisti išėjimo sukimosi greitį. Šiame straipsnyje pavarų santykis rašomas taip: varomoji pavara : varomoji pavara.

Jei naudojamas 1:5 pavarų perdavimo skaičius, 60 dantų varančioji krumpliaratis suka 12 dantų varomąją krumpliaratį. Kadangi varomoji pavara yra mažesnė, ji sukasi 5 kartus greičiau nei variklio velenas. Jei variklio velenas sukasi 100 aps./min., 12 dantų varomoji pavara suksis 500 aps./min.

Jei naudojamas 5:1 pavarų perdavimo skaičius, 12 dantų varančioji krumpliaratis suka 60 dantų varomąją krumpliaratį. Kadangi varomoji pavara yra didesnė, ji sukasi 5 kartus lėčiau nei variklio velenas. Jei variklio velenas sukasi 100 aps./min., 60 dantų varomoji pavara suksis 20 aps./min.

Tai padeda paaiškinti, kodėl greičiausias pavarų santykis ne visada yra geriausias pasirinkimas. Greitesnis robotas gali skambėti geriau, bet jei ratai ar ranka juda per greitai, robotą gali būti sunkiau valdyti. Lėtesnis pavarų santykis gali palengvinti judėjimo valdymą ir padaryti jį tikslesnį.

Sukimo momentas

Sukimo momentas yra sukimo jėga, padedanti pasukti ką nors, pavyzdžiui, ratą, krumpliaratį ar roboto ranką. Varikliai gali sukurti tik tam tikrą sukimo momentą. Pavarų perdavimo skaičius taip pat gali pakeisti išėjimo sukimo momentą.

Jei naudojamas 1:5 pavarų perdavimo skaičius, 60 dantų varančioji krumpliaratis suka 12 dantų varomąją krumpliaratį. Dėl to išėjimo velenas sukasi greičiau, tačiau išėjimo sukimo momentas sumažėja iki 1/5 variklio sukimo momento. Pavyzdžiui, jei variklis sukuria 1 Nm sukimo momentą, išėjimo sukimo momentas bus 0,2 Nm.

Jei naudojamas 5:1 pavarų perdavimo skaičius, 12 dantų varančioji krumpliaratis suka 60 dantų varomąją krumpliaratį. Dėl to išėjimo velenas sukasi lėčiau, tačiau išėjimo sukimo momentas padidėja iki 5 kartų didesnio nei variklio sukimo momentas. Pavyzdžiui, jei variklis sukuria 1 Nm sukimo momentą, išėjimo sukimo momentas bus 5 Nm.

Sukimo momentas yra dar viena priežastis, kodėl ne visada galima naudoti greičiausią pavarų perdavimo skaičių. Jei robotas pritaikytas didesniam greičiui, jo sukimo momentas yra mažesnis. Tai reiškia, kad robotas gali blogai stumti, negalėti pakelti rankos ar net judėti taip, kaip norite. Pavyzdžiui, robotas su didesniu sukimo momentu gali geriau stumti kitą robotą. Robotinei rankai taip pat gali prireikti daugiau sukimo momento, kad pakeltų žaidimo objektus arba judintų savo svorį. Tokiais atvejais geresnis pasirinkimas yra pavarų santykis, kuris padidina sukimo momentą.

V5 Smart Motor greitį ir sukimo momentą galima išmatuoti naudojant variklio prietaisų skydelį
Išmaniojo variklio prietaisų skydelyje rodomas smegenų ekranas. Šiame meniu rodomi įvairūs duomenys apie variklį, bet ypač svarbūs variklio greičio ir sukimo momento duomenys.

Robotų realybė

Laimei, V5 ClawBot surinkimo instrukcijose naudojamų pavarų skaičių pakanka, kad būtų galima pradėti kurti pasirinktinius robotus. Daugelis transmisijų gerai veikia tiesiogiai varydami ratų velenus arba vikšrinius žvaigždutes su V5 Smart varikliu su žalia 200 aps./min. V5 pavarų kasete. Tačiau jei konstrukcijos konstrukciją, pvz., bokštą ar žaidimo elementų įleidimo angą, reikia pastatyti ten, kur yra variklis, galios perdavimas naudojant žvaigždutes ir grandinę arba krumpliaračius, kaip paaiškinta aukščiau. Daugeliui ginklų pakanka 7:1 padidinto sukimo momento pavaros santykio, kaip paaiškinta aukščiau, varant 12T pavarą su 200 aps./min. varikliu ir prie svirties pritvirtinant 84T varomą pavarą. Konkurenciniam pranašumui tampant vis svarbesniam, vis svarbesnis tampa „saldžios vietos“ pusiausvyros tarp greičio ir sukimo momento nustatymas. Tai galima padaryti naudojant V5 išmanųjį variklį su viena iš trijų galimų V5 pavarų kasečių (raudona: 100 aps./min., žalia: 200 aps./min., mėlyna: 600 aps./min.) ir, jei reikia, sujungiant variklį su pavaros koeficientu, kad padidėtų sukimo momentas arba pavaros santykį, kad padidintumėte greitį.

Krumpliaračius ir kitą judėjimo įrangą galima įsigyti VEX Robotics“ parduotuvėje.