Het VEX EDR-systeem heeft twee typen tandwielen: de tandwielset en de tandwielset met hoge sterkte (zieEen tandwiel selecteren). Deze tandwielen kunnen worden gemonteerd voor krachtoverdracht, om het koppel te vergroten of om de snelheid te verhogen. Dit kan worden gedaan door twee of meer tandwielen op aandrijfassen te monteren, zodat hun tanden in elkaar grijpen. Een motor drijft de aandrijfas van een van de tandwielen aan.
Eenvoudige overbrengingsverhoudingen
Eenvoudige overbrengingsverhoudingen gebruiken slechts één versnelling per aandrijfas en kunnen worden gebruikt voor krachtoverdracht, verhoging van het koppel of verhoging van de snelheid. Het tandwiel dat de kracht of input levert, wordt een aandrijftandwiel genoemd en het tandwiel dat wordt gedraaid of uitgevoerd, wordt het aangedreven tandwiel genoemd.
Vermogensoverdracht - Bij dit type overbrengingsverhouding is het doel om het vermogen van de ene locatie naar de andere over te brengen, zoals van een motor naar een wiel dat niet direct aan de motor is bevestigd. Het aandrijftandwiel en het aangedreven tandwiel hebben hetzelfde aantal tanden. De motor drijft bijvoorbeeld een tandwiel met 60 tanden (60T) aan naar een aangedreven 60T tandwiel op een wiel. De motor roteert het 60T-aandrijftandwiel eenmaal en draait het 60T-aangedreven tandwiel op het wiel eenmaal. Dit staat bekend als een 1:1-verhouding.
Koppel verhogen (lage snelheid)- Met dit type overbrengingsverhouding is het doel om het koppel van de motor te vergroten, bijvoorbeeld van een motor naar een arm. Het aandrijftandwiel heeft minder tanden dan het aangedreven tandwiel. Als een motor bijvoorbeeld een 12T-tandwiel naar een aangedreven 60T-tandwiel op een arm drijft, moet het 12T-aandrijftandwiel 5 keer roteren om het 60T-aangedreven tandwiel één keer te laten draaien. Dit staat bekend als een 5:1-verhouding. Het koppel is vijf keer zo groot, maar het toerental is slechts 1/5.
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 een motor bijvoorbeeld een 60T-tandwiel naar een aangedreven 12T-tandwiel op een wiel drijft,wanneer het 60T-aandrijftandwiel één keer draait, het 12T-aangedreven tandwiel vijf (5) keer. Dit staat bekend als een overbrengingsverhouding van 1:5. In dit geval is de snelheidsoutput 5/1 keer zo hoog, maar de koppeloutput is 1/5.
Speciale opmerkingen
De verhoudingen voor tandwiel- en kettingsystemen werken op dezelfde manier als overbrengingsverhoudingen. Tandwiel- en kettingsystemen hebben als voordeel dat de tandwielen op meerdere afstanden van elkaar geplaatst kunnen worden doordat ze met elkaar verbonden zijn door een ketting. De kettingschakels kunnen echter met minder kracht breken dan een tand bij een tandwiel met hoge sterkte. Beide soorten breuken moeten worden gerepareerd voordat de robot volledig functioneel kan zijn.
Elk aantal tandwielen van elke grootte kan in een eenvoudige overbrengingsverhouding tussen het aandrijftandwiel en het aangedreven tandwiel worden geplaatst, zonder dat de overbrengingsverhouding verandert. Een 12T-tandwiel drijft bijvoorbeeld een 36T-tandwiel aan dat een 60T-aangedreven tandwiel aandrijft, de overbrengingsverhouding is nog steeds 5:1, hetzelfde alsof het 60T-tandwiel rechtstreeks door het 12T-tandwiel zou worden aangedreven.
Snelheid
Rotatiesnelheid is hoe snel een object draait. De asaansluiting van een V5 Smart Motor kan bijvoorbeeld 100 omwentelingen per minuut of 100 tpm draaien. Zoals hierboven uitgelegd, wordt bij gebruik van een overbrengingsverhouding van 5:1 een aandrijftandwiel met 60 tanden door de motoras rondgedraaid en vervolgens een aangedreven tandwiel met 12 tanden. Het tandwiel met 12 tanden zal 5 keer sneller draaien. Als u het bovenstaande voorbeeld gebruikt, draait het tandwiel met 12 tanden dan met 500 tpm, vergeleken met de 100 tpm van de motoras. Als er een overbrengingsverhouding van 1:5 wordt gebruikt, wordt een aandrijftandwiel met 12 tanden door de motoras gedraaid en vervolgens een aangedreven tandwiel met 60 tanden. Het tandwiel met 60 tanden draait met een snelheid die 1/5 zo snel is. Als we het bovenstaande voorbeeld opnieuw gebruiken, draait het tandwiel met 60 tanden met 20 tpm, vergeleken met de 100 tpm van de motoras.
Dus waarom zou niet altijd de snelst mogelijke overbrengingsverhouding worden gebruikt? Het lijkt erop dat hoe sneller een robot kan bewegen, hoe competitiever hij zal zijn. De eerste reden is dat er een hogere snelheid is waarmee de functies van een robot kunnen worden bestuurd. Om een paar voorbeelden te noemen: als de functie bestaat uit het rondrijden van de robot, kan het erg moeilijk zijn om de wielen onder controle te houden als de wielen te snel draaien. Als de functie bestaat uit een op en neer draaiende arm, kan deze, als deze te snel draait, ook moeilijk te controleren zijn.
Koppel
Koppel is de hoeveelheid kracht die nodig is om een last op een afstand te roteren. Motoren hebben een beperkt koppel. Als een V5 Smart-motor bijvoorbeeld een koppel van 1 Nm (Newtonmeter) produceert, zal bij gebruik van een overbrengingsverhouding van 5:1 het aangedreven tandwiel met 12 tanden ⅕ het koppel van de motor leveren, de output zal 0,2 Nm zijn en met de Overbrengingsverhouding 1:5, het tandwiel met 60 tanden levert 5 maal het koppel van de motor, het vermogen bedraagt 5 Nm.
Koppel is de tweede reden waarom de snelst mogelijke overbrengingsverhouding niet altijd kan worden gebruikt bij het ontwerpen van een robot. Wanneer een overbrengingsverhouding met hogere snelheid wordt gebruikt om de wielen van een robot sneller aan te drijven, is het mogelijk dat de overbrengingsverhouding het beschikbare koppel van de motor overschrijdt en dat de robot niet zo snel of helemaal niet beweegt. Het is ook mogelijk dat als twee robots met vrijwel hetzelfde ontwerp samenwerken, de robot met een aandrijflijn met een lagere overbrengingsverhouding waarschijnlijk de robot met een aandrijflijn met een hogere overbrengingsverhouding zal kunnen duwen, omdat de robot met een lagere overbrengingsverhouding meer koppel zal hebben. Een ander voorbeeld is dat een arm niet mag roteren, ook al is deze rechtstreeks bevestigd aan een as die in een motor is gestoken, omdat het draaien ervan het beschikbare koppel van de motor kan overschrijden. In dit geval moet een overbrengingsverhouding met verhoogd koppel worden gebruikt om de output van het motorkoppel te vergroten en de hoeveelheid koppel te overschrijden die nodig is om de arm te roteren.
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 bij de bouwinstructies voor de montage van de V5 ClawBot worden gebruikt voldoende om te beginnen met het ontwerpen van robots op maat. Veel aandrijflijnen werken goed door de assen van wielen of rupskettingwielen rechtstreeks aan te drijven met de V5 Smart Motor met de groene 200 RPM V5 Gear Cartridge. Als er echter een structuur in het ontwerp, zoals een toren of speelstukinlaat, moet worden geplaatst waar een motor zich bevindt, kan een krachtoverdracht met behulp van tandwielen en ketting of tandwielen zoals hierboven uitgelegd worden gebruikt. Voor de meeste armen is de hierboven uitgelegde overbrengingsverhouding van 7:1 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 ‘sweet spot’-balans tussen snelheid en koppel belangrijker. Dit kan worden bereikt door een V5 Smart Motor te gebruiken met een van de drie beschikbare V5-tandwielcartridges (rood: 100 tpm, groen: 200 tpm, blauw: 600 tpm) 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 bewegingshardware kunnen worden gekocht op https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.