Het VEX EDR-systeem heeft twee soorten tandwielen: de tandwielset en de tandwielset met hoge sterkte (zieEen tandwiel selecteren). Deze tandwielen kunnen worden gemonteerd om de krachtoverbrenging aan te passen, het koppel te verhogen of de snelheid te verhogen. Dit kan worden gedaan door twee of meer tandwielen op aandrijfassen te monteren, zodat de tanden van de tandwielen in elkaar grijpen. Een motor drijft de aandrijfas van een van de tandwielen aan.
Overbrengingsverhoudingen
Bij eenvoudige overbrengingsverhoudingen wordt er slechts één tandwiel per aandrijfas gebruikt. Het tandwiel dat het vermogen levert, of de invoer, wordt een aandrijftandwiel genoemd en het tandwiel dat wordt gedraaid, of verantwoordelijk is voor de uitvoer, wordt het aangedreven tandwiel genoemd. De overbrengingsverhouding wordt berekend met behulp van de volgende formule:
Bekijk de onderstaande animatie voor een voorbeeld een aandrijftandwiel en een aangedreven tandwiel van dezelfde groottein dit geval 60 tanden en 60 tanden.
1:1 overbrengingsverhouding
Een overbrengingsverhouding van 1:1 betekent dat het aandrijftandwiel één omwenteling maakt om het aangedreven tandwiel één omwenteling te laten voltooien. Deze overbrengingsverhouding biedt de volgende voordelen:
- Evenwichtige snelheid en koppel: Omdat de verhouding tussen het aandrijftandwiel en het aangedreven tandwiel gelijk is, is er geen verandering in snelheid of koppel tussen de twee tandwielen. Deze balans is ideaal voor toepassingen waarbij het eigen vermogen van de motor voldoende is.
- Directe vermogensoverdracht: Deze overbrengingsverhouding zorgt ervoor dat het door de motor gegenereerde vermogen direct en zonder verlies wordt overgebracht op het aangedreven onderdeel.
- Vereenvoudigd ontwerp: Een overbrengingsverhouding van 1:1 vereenvoudigt het mechanische ontwerp van de robot, waardoor het ontwerp- en bouwproces eenvoudiger wordt.
- Voorspelbare prestaties: Omdat de invoer- en uitvoersnelheden identiek zijn, zijn de prestaties van de robot beter voorspelbaar. Dit kan voordelig zijn voor taken waarbij consistente prestaties vereist zijn, of waarbij de timing van de taak cruciaal is.
De onderstaande 3D-weergave toont een voorbeeld van een overbrengingsverhouding van 1:1. Het aandrijftandwiel en het aangedreven tandwiel hebben hetzelfde aantal tanden (60T). De motor laat het 60T aandrijftandwiel één keer draaien, zodat het 60T aangedreven tandwiel één omwenteling maakt.
5:1 overbrengingsverhouding
Een overbrengingsverhouding van :1 betekent dat het aandrijftandwiel vijf omwentelingen moet maken om het aangedreven tandwiel één omwenteling te laten voltooien. Deze overbrengingsverhouding biedt de volgende voordelen:
- Verhoogd koppel: Koppel is de rotatiekracht die de motor op de componenten van de robot kan uitoefenen. Door het koppel te vergroten, kan een robot zwaardere lasten hanteren en taken uitvoeren die meer kracht vereisen, zoals het tillen en duwen van voorwerpen. Het aandrijftandwiel heeft minder tanden dan het aangedreven tandwiel, waardoor het geleverde koppel 5 keer zo groot is, terwijl het geleverde toerental slechts 1/5 bedraagt.
- Verlaagde snelheid: Terwijl het koppel wordt verhoogd, wordt de snelheid van het aangedreven tandwiel verlaagd. Een lagere snelheid is gunstig voor taken waarbij meer controle en precisie vereist zijn.
- Verbeterde motorefficiëntie: Een hogere overbrengingsverhouding zorgt ervoor dat de motor efficiënter werkt. Deze overbrengingsverhouding kan slijtage van de motor verminderen en de levensduur van de motor verlengen.
- Aanpassing voor specifieke taken: Deze overbrengingsverhouding kan worden geïntegreerd met een groter tandwielsysteem, waardoor de prestatiekenmerken van de robot kunnen worden aangepast.
Bekijk de animatie en 3D-weergave hieronder om voorbeelden te zien van een veel kleiner tandwiel dat een veel groter tandwiel aandrijft, in dit geval met 12 en 60 tanden.
1:5 overbrengingsverhouding
Snelheid verhogen (hoge snelheid) - Bij dit type overbrengingsverhouding is het doel om de snelheid van de motor te verhogen, bijvoorbeeld van een motor naar een wiel. Het aandrijftandwiel heeft meer tanden dan het aangedreven tandwiel. Als bijvoorbeeld een motor een tandwiel met 60 tanden aandrijft naar een aangedreven tandwiel met 12 tanden op een wiel, dan draait het aangedreven tandwiel met 12 tanden vijf (5) keer rond wanneer het aandrijftandwiel met 60 tanden één keer draait. Dit staat bekend als een overbrengingsverhouding van 1:5. In dit geval is het afgegeven toerental 5/1 keer zo groot, maar het afgegeven koppel is 1/5.
Bekijk de animatie en 3D-weergave hieronder om voorbeelden te zien van een veel groter tandwiel dat een veel kleiner tandwiel aandrijft, in dit geval 60 tanden en 12 tanden.
Tandwieltrein
Een tandwieltrein bestaat uit een reeks tandwielen die beweging en kracht van het ene deel van de robot naar het andere overbrengen. Tandwieloverbrengingen veranderen de snelheid, het koppel en de richting van de draaibeweging. Tandwieloverbrengingen bestaan uit tandwielen met tanden die in elkaar grijpen om beweging over te brengen; assen die de tandwielen op hun plaats houden en ervoor zorgen dat ze kunnen draaien; en asringen die helpen om alle componenten op hun plaats te houden. De functies van een tandwieloverbrenging omvatten het volgende:
- Snelheidsaanpassing: Tandwieloverbrengingen verhogen of verlagen de rotatiesnelheid. Een kleiner aandrijftandwiel dat in een groter aangedreven tandwiel grijpt, verlaagt de snelheid maar verhoogt het koppel, terwijl een groter aandrijftandwiel dat in een kleiner aangedreven tandwiel grijpt, de snelheid verhoogt maar het koppel verlaagt.
Tandwieloverbrengingen worden gebruikt om wielen te laten draaien die niet met een motor zijn verbonden, zoals te zien is in de twee 3D-modellen hieronder.
Speciale opmerkingen
De verhoudingen voor ketting- en tandwielsystemen werken op dezelfde manier als overbrengingsverhoudingen. Ketting- en tandwielsystemen hebben als voordeel dat de tandwielen op meerdere afstanden van elkaar geplaatst kunnen worden omdat ze met een ketting verbonden zijn. De schakels van de ketting kunnen echter met minder kracht breken dan een tand bij een tandwiel met hoge sterkte. Beide soorten breuken moeten worden gerepareerd om de robot weer volledig functioneel te maken.
Er kan een willekeurig aantal tandwielen van elke grootte tussen het aandrijftandwiel en het aangedreven tandwiel worden geplaatst in een eenvoudige overbrengingsverhouding, zonder dat de overbrengingsverhouding hierdoor verandert. Bijvoorbeeld, een 12T tandwiel drijft een 36T tandwiel aan, dat op zijn beurt een 60T tandwiel aandrijft. De overbrengingsverhouding is dan nog steeds 5:1, net als wanneer het 60T tandwiel direct door het 12T tandwiel zou worden aangedreven.
Snelheid
Rotatiesnelheid is hoe snel iets ronddraait. Het wordt meestal gemeten in omwentelingen per minuut, oftewel RPM. Een V5 Smart Motor-as kan bijvoorbeeld met 100 omwentelingen per minuut draaien, oftewel 100 RPM. Een overbrengingsverhouding kan de snelheid waarmee het uitgangswiel draait beïnvloeden. In dit artikel wordt de overbrengingsverhouding weergegeven als aangedreven tandwiel : aandrijftandwiel.
Bij een overbrengingsverhouding van 1:5 drijft een aandrijftandwiel met 60 tanden een aangedreven tandwiel met 12 tanden aan. Omdat het aangedreven tandwiel kleiner is, draait het 5 keer sneller dan de motoras. Als de motoras met 100 toeren per minuut draait, zal het aangedreven tandwiel met 12 tanden met 500 toeren per minuut draaien.
Bij een overbrengingsverhouding van 5:1 drijft een aandrijftandwiel met 12 tanden een aangedreven tandwiel met 60 tanden aan. Omdat het aangedreven tandwiel groter is, draait het 5 keer langzamer dan de motoras. Als de motoras met 100 omwentelingen per minuut draait, zal het aangedreven tandwiel met 60 tanden met 20 omwentelingen per minuut draaien.
Dit helpt verklaren waarom de snelste versnellingsverhouding niet altijd de beste keuze is. Een snellere robot klinkt misschien beter, maar als de wielen of de arm te snel bewegen, kan de robot moeilijker te besturen worden. Een lagere overbrengingsverhouding kan de beweging gemakkelijker te controleren en preciezer maken.
Koppel
Koppel is de draaiende kracht die helpt om iets te laten draaien, zoals een wiel, tandwiel of robotarm. Motoren kunnen slechts een bepaalde hoeveelheid koppel produceren. Een overbrengingsverhouding kan ook invloed hebben op het koppel dat de uitgang levert.
Bij een overbrengingsverhouding van 1:5 drijft een aandrijftandwiel met 60 tanden een aangedreven tandwiel met 12 tanden aan. Hierdoor gaat de output sneller draaien, maar het koppel wordt ook teruggebracht tot 1/5 van het koppel van de motor. Als de motor bijvoorbeeld een koppel van 1 Nm produceert, zal het uitgangskoppel 0,2 Nm zijn.
Bij een overbrengingsverhouding van 5:1 drijft een aandrijftandwiel met 12 tanden een aangedreven tandwiel met 60 tanden aan. Hierdoor draait de output langzamer, maar het uitgangskoppel neemt toe tot 5 keer het koppel van de motor. Als de motor bijvoorbeeld een koppel van 1 Nm produceert, zal het uitgangskoppel 5 Nm zijn.
Koppel is een andere reden waarom de snelste versnellingsverhouding niet altijd gebruikt kan worden. Als een robot is ontworpen voor hogere snelheid, heeft hij minder koppel. Dat betekent dat de robot mogelijk niet goed kan duwen, een arm niet kan optillen of zelfs niet kan bewegen zoals jij dat wilt. Een robot met meer koppel kan bijvoorbeeld beter in staat zijn om een andere robot voort te duwen. Een robotarm heeft mogelijk ook meer koppel nodig om spelobjecten op te tillen of zijn eigen gewicht te verplaatsen. In die gevallen is een overbrengingsverhouding die het koppel verhoogt de betere keuze.
De snelheid en het koppel van een V5 Smart Motor kunnen worden gemeten met behulp van het Motor Dashboard
Robotrealiteit
Gelukkig zijn de overbrengingsverhoudingen die in de bouwinstructies voor de montage van de V5 ClawBot worden gebruikt, voldoende om te beginnen met het ontwerpen van aangepaste robots. Veel aandrijflijnen werken goed door rechtstreeks de assen van wielen of tandwielen aan te drijven met de V5 Smart Motor met de groene 200 RPM V5 Gear Cartridge. Als er echter een constructie in het ontwerp, zoals een toren of een invoer voor een speelstuk, op de plek van een motor moet worden geplaatst, kan er gebruik worden gemaakt van een krachtoverbrenging met behulp van tandwielen en een ketting of tandwielen, zoals hierboven uitgelegd. Voor de meeste armen is de hierboven uitgelegde 7:1 koppelverhogingsverhouding voldoende door het 12T-tandwiel aan te drijven met een 200 RPM-motor en een 84T-aangedreven tandwiel aan de arm te bevestigen. Naarmate een concurrentievoordeel belangrijker wordt, wordt het vinden van de juiste balans tussen snelheid en koppel steeds belangrijker. Dit kan worden bereikt door een V5 Smart Motor te gebruiken met een van de drie beschikbare V5 Gear Cartridges (rood: 100 RPM, groen: 200 RPM, blauw: 600 RPM) en indien nodig de motor te combineren met een overbrengingsverhouding om het koppel te verhogen of een overbrengingsverhouding om de snelheid te verhogen.
Tandwielen en andere bewegingsonderdelen kunnen worden in de Robotics Store.