System VEX EDR posiada dwa rodzaje kół zębatych walcowych: zestaw kół zębatych walcowych i zestaw kół zębatych walcowych o dużej wytrzymałości (patrzJak wybrać koło zębate walcowe walcowe). Koła zębate można montować w celu dostosowania przeniesienia mocy, zwiększenia momentu obrotowego lub zwiększenia prędkości. Można to zrobić poprzez zamontowanie dwóch lub więcej kół zębatych na wałach napędowych tak, aby zęby kół zębatych zazębiały się. Silnik będzie napędzał wał napędowy jednej z przekładni.
Przełożenia
Proste przełożenia wykorzystują tylko jedno koło zębate na wał napędowy. Koło zębate zapewniające moc lub wejście nazywane jest kołem napędowym , a koło zębate, które jest obracane lub odpowiada za wyjście, nazywane jest kołem napędzanym Przełożenie przekładni oblicza się przy użyciu następującego wzoru:
Przełożenie 1:1
Przełożenie 1: oznacza, że koło napędowe wykonuje jeden obrót, aby koło napędzane mogło wykonać jeden pełny obrót. Taki stosunek przełożeń zapewnia następujące korzyści:
- Zrównoważona prędkość i moment obrotowy: Ponieważ stosunek między kołem napędowym a kołem napędzanym jest równy, nie następuje zmiana prędkości ani momentu obrotowego między dwoma kołami. Taka równowaga sprawdza się idealnie w zastosowaniach, w których naturalna wydajność silnika jest wystarczająca.
- Bezpośredni transfer mocy: Ten stosunek przekładni zapewnia, że moc generowana przez silnik jest przenoszona bezpośrednio do napędzanego elementu, bez żadnych strat.
- Uproszczona konstrukcja: Przełożenie 1:1 upraszcza konstrukcję mechaniczną robota, dzięki czemu proces projektowania i budowy staje się łatwiejszy.
- Przewidywalna wydajność: Ponieważ prędkości wejściowe i wyjściowe są identyczne, wydajność robota jest bardziej przewidywalna. Może to być korzystne w przypadku zadań, w których wymagana jest stała wydajność lub w których czas wykonania zadania ma kluczowe znaczenie.
Poniższy wykres przedstawia przykład przełożenia 1:1. Koło napędowe i koło napędzane mają taką samą liczbę zębów (60T). Silnik obraca koło napędowe 60T jeden raz, co powoduje, że koło napędowe 60T wykonuje jeden pełny obrót.
Przełożenie 5:1
Przełożenie 5: oznacza, że koło napędowe musi wykonać pięć obrotów, aby koło napędzane wykonało jeden pełny obrót. Taki stosunek przełożeń zapewnia następujące korzyści:
- Zwiększony moment obrotowy: Moment obrotowy to siła obrotowa, jaką silnik może przekazać do podzespołów robota. Dzięki zwiększeniu momentu obrotowego robot może obsługiwać cięższe ładunki i wykonywać zadania wymagające większej siły, takie jak podnoszenie i pchanie przedmiotów. Koło napędowe ma mniej zębów niż koło napędzane, przez co moment obrotowy jest 5 razy większy, a prędkość wyjściowa wynosi zaledwie 1/5.
- Zmniejszona prędkość: Wraz ze wzrostem momentu obrotowego zmniejsza się prędkość napędzanego koła zębatego. Zmniejszenie prędkości jest korzystne w przypadku zadań wymagających większej kontroli i precyzji.
- Większa wydajność silnika: Wyższy przełożenie pozwala silnikowi pracować wydajniej. Taki stosunek przełożeń może zmniejszyć zużycie silnika i wydłużyć jego żywotność.
- Dostosowanie do konkretnych zadań: Ten stosunek przełożeń można zintegrować z większym układem przełożeń, co pozwala na dostosowanie charakterystyki pracy robota.
Przełożenie 1:5
Zwiększenie prędkości (wysoka prędkość) - Przy tym typie przełożenia celem jest zwiększenie prędkości silnika, np. silnika do koła. Koło napędowe ma więcej zębów niż koło napędzane. Na przykład, jeżeli silnik napędza koło zębate 60T do koła zębatego 12T na kole,gdy koło zębate 60T obraca się jeden raz, koło zębate 12T obraca się pięć (5) razy. Jest to znane jako przełożenie 1:5. W tym przypadku prędkość wyjściowa jest 5/1 razy większa, natomiast moment obrotowy wynosi 1/5.
Aby zobaczyć każdy kąt przełożenia 1:5, zapoznaj się z poniższą grafiką.
Przekładnia
Przekładnia składa się z szeregu kół zębatych, które przenoszą ruch i moc z jednej części robota do drugiej. Przekładnie zębate zmieniają prędkość, moment obrotowy i kierunek ruchu obrotowego. Układy zębate składają się z kół zębatych z zębami, które zazębiają się ze sobą, aby przekazywać ruch; wałów, które utrzymują koła zębate na miejscu i umożliwiają im obrót; oraz kołnierzy wałów, które pomagają utrzymać wszystkie elementy na miejscu. Funkcje przekładni obejmują:
- Regulacja prędkości: Przekładnie zębate zwiększają lub zmniejszają prędkość obrotową; mniejsze koło napędowe zazębiające się z większym kołem napędzanym zmniejsza prędkość, ale zwiększa moment obrotowy, podczas gdy większe koło napędowe zazębiające się z mniejszym kołem napędzanym zwiększa prędkość, ale zmniejsza moment obrotowy.
Przekładnie zębate służą do obracania kół, które nie są połączone z silnikiem.
Uwagi specjalne
Przełożenia w układach zębatek i łańcuchów działają na tej samej zasadzie co przełożenia przekładni zębatych. Systemy zębatek i łańcuchów mają tę zaletę, że zębatki można rozmieścić w różnych odległościach od siebie, ponieważ są połączone łańcuchem. Jednakże ogniwa łańcucha mogą pęknąć z mniejszą siłą, niż ząb w przekładni o dużej wytrzymałości. Aby robot mógł w pełni funkcjonować, konieczna będzie naprawa obu rodzajów uszkodzeń.
Między kołem napędowym a napędzanym można umieścić dowolną liczbę kół zębatych dowolnej wielkości, tworząc prosty przełożenie, nie powodując zmiany przełożenia. Na przykład, przekładnia 12T napędza przekładnię 36T, która z kolei napędza przekładnię napędzaną 60T, więc przełożenie wynosi nadal 5:1, tak samo jak gdyby przekładnia 60T była napędzana bezpośrednio przez przekładnię 12T.
Prędkość
Prędkość obrotowa to szybkość, z jaką obraca się obiekt. Na przykład gniazdo wału silnika V5 Smart Motor może wykonywać 100 obrotów na minutę, czyli 100 obr./min. Jak wyjaśniono powyżej, jeżeli zostanie użyte przełożenie 5:1, koło napędowe o 60 zębach jest obracane przez wał silnika, a następnie obraca koło napędowe o 12 zębach. Koło napędowe o 12 zębach będzie się obracać z prędkością 5 razy większą. Używając powyższego przykładu, koło zębate o 12 zębach będzie obracać się z prędkością 500 obr./min, podczas gdy wał silnika będzie obracał się z prędkością 100 obr./min. Jeżeli zostanie użyte przełożenie 1:5, koło napędowe o 12 zębach obracane jest przez wał silnika, a następnie obraca koło napędowe o 60 zębach. Koło napędowe o 60 zębach będzie się obracać z prędkością stanowiącą 1/5 prędkości. Używając ponownie powyższego przykładu, koło zębate o 60 zębach będzie obracać się z prędkością 20 obr./min, podczas gdy wał silnika będzie obracał się z prędkością 100 obr./min.
Dlaczego więc nie należy zawsze używać najszybszego możliwego przełożenia? Wydawałoby się, że im szybciej robot się porusza, tym bardziej staje się konkurencyjny. Pierwszym powodem jest to, że istnieje górna prędkość, przy której można kontrolować funkcje robota. Na przykład, jeśli funkcją jest kierowanie robotem, a koła obracają się zbyt szybko, sterowanie nim może być bardzo trudne. Jeśli funkcją jest ruch ramienia w górę i w dół, a obraca się ono zbyt szybko, może być trudne do kontrolowania.
Moment obrotowy
Moment obrotowy to ilość siły potrzebna do obrócenia ładunku na określoną odległość. Silniki mają ograniczony moment obrotowy. Na przykład, jeśli silnik V5 Smart wytwarza moment obrotowy 1 Nm (niutonometrów), przy przełożeniu 5:1 napędzana przekładnia 12-zębowa wytworzy ⅕ momentu obrotowego silnika, czyli wyniesie 0,2 Nm, a przy przełożeniu 1:5 przekładnia 60-zębowa wytworzy 5-krotność momentu obrotowego silnika, czyli wyniesie 5 Nm.
Drugim powodem, dla którego nie zawsze można zastosować najszybsze możliwe przełożenie przy projektowaniu robota, jest moment obrotowy. Może się zdarzyć, że w przypadku zastosowania większego przełożenia przekładni, aby napędzić koła robota szybciej, przełożenie przekładni może przekroczyć dostępny moment obrotowy silnika i robot nie będzie się poruszał tak szybko lub w ogóle się nie poruszy. Jest również możliwe, że jeśli dwa roboty o niemal identycznej konstrukcji będą ze sobą współpracować, robot z układem napędowym o niższym przełożeniu będzie mógł pchać robota z układem napędowym o wyższym przełożeniu, ponieważ robot o niższym przełożeniu będzie miał większy moment obrotowy. Innym przykładem jest to, że ramię może się nie obracać, nawet jeśli jest bezpośrednio przymocowane do wału włożonego do silnika, ponieważ jego obrót może przekroczyć dostępny moment obrotowy silnika. W takim przypadku konieczne jest zastosowanie przekładni o zwiększonym momencie obrotowym, aby zwiększyć moment obrotowy silnika i przekroczyć wartość momentu obrotowego potrzebną do obrotu ramienia.
Prędkość i moment obrotowy silnika V5 Smart Motor można zmierzyć za pomocą Motor Dashboard
Rzeczywistość robota
Na szczęście przełożenia podane w instrukcji montażu V5 ClawBot są wystarczające, aby rozpocząć projektowanie niestandardowych robotów. Wiele układów napędowych działa sprawnie, bezpośrednio napędzając wałki kół lub zębatki gąsienic za pomocą inteligentnego silnika V5 z zieloną kasetą przekładniową V5 200 RPM. Jeśli jednak konstrukcja, taka jak wieża lub wlot elementów do gry, musi zostać umieszczona w miejscu, w którym znajduje się silnik, można zastosować przeniesienie mocy za pomocą kół zębatych i łańcucha lub przekładni, jak wyjaśniono powyżej. W przypadku większości ramion, opisany powyżej stosunek momentu obrotowego 7:1 jest wystarczający przy napędzaniu koła zębatego 12T silnikiem 200 obr./min i przymocowaniu do ramienia koła zębatego 84T. W miarę jak rośnie znaczenie przewagi konkurencyjnej, coraz istotniejsze staje się znalezienie idealnej równowagi między prędkością a momentem obrotowym. Można to osiągnąć, stosując silnik V5 Smart Motor z jedną z trzech dostępnych kaset przekładniowych V5 (czerwona: 100 obr./min, zielona: 200 obr./min, niebieska: 600 obr./min), a w razie potrzeby łącząc silnik z przekładnią w celu zwiększenia momentu obrotowego lub przekładnią w celu zwiększenia prędkości.
Przekładnie i inny osprzęt ruchowy można nabyć pod adresem https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.