Gdy nowi użytkownicy zaczną montować własne, niestandardowe projekty robotów, mogą w pewnym momencie chcieć więcej od swoich silników VEX IQ Smart. Inteligentne silniki VEX IQ mają prawdopodobnie najlepszą wydajność i czułość spośród wszystkich dostępnych na rynku systemów robotycznych typu zatrzaskowego. Niemniej jednak użytkownicy mogą chcieć, aby silniki poruszały się szybciej, podnosiły cięższe rzeczy lub przesuwały mechanizmy z dala od silnika. Przekładnie, koła łańcuchowe i koła pasowe VEX IQ umożliwiają spełnienie tych wymagań.
| Przekładnie | Zębatki | Koła pasowe |
Stosunki wyjście/wejście
Omawiając plastikowe koła zębate/zębatki/koła pasowe VEX, stosuje się kilka standardowych terminów:
- Napęd/wprowadzanie — jest to koło zębate/koło zębate/koło pasowe umieszczone na wale, który inteligentny silnik wymusza obrót.
- Napędzany/wyjściowy — jest to koło zębate/koło zębate/koło pasowe umieszczone na wale elementu (takiego jak koło lub ramię), które będzie zmuszone do obracania się z powodu wejścia.
- Prędkość obrotowa — prędkość obrotowa wału, zwykle mierzona liczbą obrotów na minutę, zwaną również obrotami na minutę (rpm).
- Moment obrotowy – jest to siła potrzebna do obrócenia ładunku na odległość. Na przykład obrót dłuższego ramienia wymaga większego momentu obrotowego lub gdy na ramieniu znajduje się większy ciężar. Obracanie koła o większej średnicy lub gdy koło porusza czymś ciężkim, wymaga również większego momentu obrotowego. Moment obrotowy jest powszechnie mierzony w jednostce metrycznej, która łączy siłę i odległość, zwanej niutonometrem (Nm).
Istnieją dwie zasady, które pomogą użytkownikom zrozumieć, jak używać plastikowych kół zębatych, kół zębatych i kół pasowych VEX:
Zwiększony moment obrotowy: Gdy wejściowe koło zębate/koło zębate/koło pasowe (element) ma mniejszą średnicę niż element wyjściowy, zwiększy to wyjściowy moment obrotowy systemu. Jednakże proporcjonalnie zmniejszy to wyjściową prędkość obrotową systemu. Innymi słowy, jeśli silnik nie może unieść ramienia, silnik musi mieć mniejszy element napędzający większy element na wale ramienia. Obejrzyj poniższe rysunki 3D, aby zapoznać się z przykładami zwiększenia momentu obrotowego silnika Smart Motor przy użyciu kół zębatych, zębatek i kół pasowych.
Zwiększenie momentu obrotowego przekładni
Zębatka zwiększa moment obrotowy
Koło pasowe Zwiększ moment obrotowy
Zwiększona prędkość: Gdy element wejściowy ma większą średnicę niż element wyjściowy, zwiększy to wyjściową prędkość obrotową systemu. Jednakże proporcjonalnie zmniejszy to wyjściowy moment obrotowy układu. Na przykład, jeśli użytkownik chce, aby koło obracało się szybciej niż silnik może się obracać, silnik musi mieć większy element napędzający mniejszy element na wale koła. Obejrzyj poniższe konstrukcje 3D, aby zapoznać się z przykładami zwiększania prędkości silnika Smart Motor przy użyciu kół zębatych, zębatek i kół pasowych.
Bieg Zwiększ prędkość
Zębatka zwiększa prędkość
Koło pasowe zwiększa prędkość
Wielkość tych zależności można obliczyć ze stosunku wyjścia do wkładu. To jest:
- Liczba zębów przekładni wyjściowej / liczba zębów przekładni wejściowej daje przełożenie momentu obrotowego.
- Liczba wyjściowych zębów koła łańcuchowego / liczba wejściowych zębów koła łańcuchowego daje stosunek momentu obrotowego koła łańcuchowego.
- Średnica koła wyjściowego / średnica koła wejściowego dają stosunek momentu obrotowego koła pasowego.
Przełożenia plastikowe VEX (60 zębów, 36 zębów, 12 zębów)
| Przekładnia wyjściowa | Przekładnia wejściowa | Przełożenie | Wyjście dla wejścia silnika 100 obr./min | Wyjście dla wejścia silnika 0,4 Nm |
|---|---|---|---|---|
| 60 zębów | 12 zębów | 5:1 | 20 obr./min | 2,0 Nm |
| 36 zębów | 12 zębów | 3:1 | 33 obr./min | 1,2 Nm |
| 60 zębów | 36 zębów | 5:3 | 60 obr./min | 0,67 Nm |
| 36 zębów | 60 zębów | 3:5 | 167 obr./min | 0,24 Nm |
| 12 zębów | 36 zębów | 1:3 | 300 obr./min | 0,13 Nm |
| 12 zębów | 60 zębów | 1:5 | 500 obr./min | 0,08 Nm |
(koła zębate 24- i 48-zębowe są dostępne w pakiecie dodatkowym
Z powyższego wykresu przełożenia przekładni plastikowej VEX powinno być oczywiste, że przełożenia mogą radykalnie zmienić wielkość wyjściowej prędkości obrotowej i wyjściowy moment obrotowy inteligentnego silnika. Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że podczas stosowania współczynników wyjściowy/wejściowy nie uwzględniają one tarcia ani innych czynników w systemie robota.
Na przykład kuszące może być zbudowanie przełożenia układu napędowego 1:5, aby robot mógł poruszać się bardzo szybko (500 obr./min). Jest kilka czynników, które sprawiają, że jest to niepraktyczne. Po pierwsze, koła zębate z 60 zębami są większe niż standardowe koła podróżne o średnicy 200 mm, dzięki czemu koło zębate utrzyma koło nad podłożem. Ponadto wyjściowy moment obrotowy będzie tak mały (0,08 Nm), że inteligentny silnik może nie być w stanie poruszyć kołem/robotem. Nawet gdyby możliwe było zastosowanie tego współczynnika, gdyby robot poruszał się z prędkością pięciokrotnie większą od normalnej, bardzo trudno byłoby go kontrolować.
Ten przykład ilustruje, jak celem stosowania współczynników mocy wyjściowej/wejściowej jest znalezienie „najlepszego punktu” równowagi pomiędzy momentem obrotowym i prędkością. Ważne jest również, aby upewnić się, że komponenty będą pasować do projektu robota.
Plastikowe zębatki VEX mają pięć różnych rozmiarów kół zębatych (koło zębate 8 zębów, zębatka 16 zębów, zębatka 24 zębów, zębatka 32 zębów, zębatka 40 zębów), które można łączyć. Plastikowe krążki VEX są dostępne w czterech rozmiarach (10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm).
Przeniesienie mocy
Do przenoszenia mocy można również używać plastikowych kół zębatych, kół zębatych i kół pasowych VEX. Jest to potrzebne, gdy konstrukcja nie pozwala inteligentnemu silnikowi na bezpośrednie napędzanie wału koła lub innego elementu. W tym przypadku wejściowe i wyjściowe koła zębate/koła zębate/koła pasowe będą tego samego rozmiaru, więc nie będzie zmiany momentu obrotowego ani prędkości obrotowej. Nazywa się to często stosunkiem 1:1.
Oto kilka przykładów:
- Układ napędowy może napędzać oba koła z boku poprzez bezpośrednie napędzanie jednego koła za pomocą inteligentnego silnika i napędzać drugie koło, łącząc je razem z zębatkami i łańcuchem 1:1.
- Układ napędowy może mieć 3 biegi (lub dowolną inną liczbę nieparzystą) połączone szeregowo i mieć koło przymocowane do pierwszego biegu i koło przymocowane do ostatniego biegu. Jeśli wszystkie koła zębate są tej samej wielkości, silnik może napędzać dowolne z kół zębatych.
Należy pamiętać, że w przypadku stosowania przerzutek w układzie napędowym ważne jest, aby między kołami znajdowała się nieparzysta liczba przełożeń. Dzieje się tak dlatego, że gdy jeden bieg napędza drugi, obracają się one w przeciwnych kierunkach. Parzysta liczba biegów pomiędzy kołami spowoduje, że dwa koła będą się obracać przeciwnie do siebie, jak pokazano w tej animacji.
| Koła zębate przenoszenia mocy | Przekładnie przenoszenia mocy |
Decydowanie, którego komponentu użyć: koła zębate, koła zębate lub koła pasowe
Istnieje wiele czynników, które określają, czy koła zębate, koła łańcuchowe. lub Koła pasowe powinny być używane w konstrukcji robota. Niektóre z nich obejmują:
Mieszanie „głównych” kół zębatych 12/36/60 z „wtórnymi” zębatkami 24/48
Przekładnie: Przekładnie są jednymi z najbardziej niezawodnych z trzech dostępnych komponentów. Chyba że pomiędzy podporami wałów przekładni istnieje zbyt duża rozpiętość, umożliwiająca wałom ugięcie się na tyle, aby zęby dwóch kół zębatych rozdzieliły się; w przypadku biegów, gdy koło wejściowe się obraca, koło wyjściowe będzie się obracać. Istnieją jednak pewne wady:
- Koła zębate muszą być rozmieszczone w stałych odległościach od siebie, tak aby zęby jednego koła zębatego zazębiały się z zębami następnego.
- Koła zębate muszą być ustawione względem siebie w linii prostej. (Zauważony wyjątek: połączenie „głównych” kół zębatych 12/36/50 z „wtórnymi” zębatkami 24/48. Dodatkowe koła zębate muszą być albo przesunięte o połowę skoku, albo należy użyć dodatkowego środkowego otworu w belkach 1x o równej długości).
- Jak wspomniano wcześniej, nieparzysta liczba biegów w linii spowoduje, że koła wejściowe i wyjściowe będą obracać się w tym samym kierunku, a liczba parzysta spowoduje, że koła wejściowe i wyjściowe będą obracać się w przeciwnych kierunkach.
Uwaga specjalna: W przypadku stosowania przełożenia należy wziąć pod uwagę jedynie rozmiar przekładni wejściowej i rozmiar ostatniej przekładni wyjściowej. Wszelkie koła zębate znajdujące się pomiędzy tymi dwoma biegami przenoszą jedynie ruch, a ich rozmiary nie mają wpływu na przełożenie.
Przekładnie plastikowe VEX posiadają również przekładnie koronowe, które umożliwiają połączenie 90o pomiędzy zębatkami. Istnieją również przekładnie ślimakowe i przekładnie różnicowe & stożkowe które to umożliwiają. Obejrzyj poniższe modele 3D, aby zobaczyć przykłady zastosowania kół zębatych koronowych, kół zębatych & mechanizmu różnicowego i kół zębatych ślimakowych.
Przekładnie koronne
Mechanizm różnicowy & Przekładnie stożkowe
Przekładnie ślimakowe
Ponadto koła zębate VEX Plastic Rack Gears z zestawu Gear Add-on umożliwią ruch liniowy, jak pokazano na poniższym modelu 3D.
Przekładnie zębate
kół zębatych: zębatki są również dobrym rozwiązaniem. Ich wały można rozdzielić w dowolnej liczbie różnych odległości podziałki, ponieważ łańcuch jest złożony z pojedynczych ogniw zatrzaskowych, które można łączyć w niestandardowe długości. Koło napędowe powinno mieć co najmniej 120o owiniętego wokół niego łańcucha, w przeciwnym razie łańcuch może pomijać zęby na kole zębatym. Koła zębate można również łączyć razem z bieżnikiem zbiornika. Zębatka wejściowa i wyjściowa zawsze będą się obracać w tym samym kierunku, jak pokazano na tej animacji.
Bębny: Bębny przeznaczone są do lekkich obciążeń. Są one ograniczone odległościami, jakie mogą być oddzielone długością dostępnych pasków gumowych (30 mm. 40mm. 50mm. 60 mm). Paski gumowe układu koła pasowego są gładkie. Pasy będą się ślizgać, jeśli ładunek, który system próbuje przenieść, będzie zbyt duży. Podobnie jak koła zębate, koło pasowe wejściowe i koło pasowe wyjściowe zwykle obracają się w tym samym kierunku. Jak pokazano na tej animacji, jeżeli pas zostanie skrzyżowany w kształcie litery X, to koła pasowe będą się obracać w przeciwnych kierunkach. (Uwaga: paski gumowe można skrzyżować, aby odwrócić kierunek wyjściowego koła pasowego.)
Niezależnie od tego, czy projekt robota wykorzystuje koła zębate, koła zębate czy koła pasowe, istnieje duży wybór opcji zmiany stosunku mocy wyjściowej do wejściowej lub przeniesienia mocy inteligentnych silników VEX IQ.
|
Zagrożenie bezpieczeństwa: |
Punkty uciskoweNależy uważać, aby palce, ubranie, przewody i inne przedmioty nie dostały się pomiędzy ruchome elementy. |