O sistema VEX EDR possui dois tipos de engrenagens retas, o kit de engrenagens e o kit de engrenagens de alta resistência (consulteComo selecionar uma engrenagem reta). Essas engrenagens podem ser montadas para personalizar a transferência de potência, aumentar o torque ou aumentar a velocidade. Isso pode ser feito montando duas ou mais engrenagens em eixos de transmissão de modo que os dentes das engrenagens se encaixem. Um motor acionará o eixo de transmissão de uma das engrenagens.
Relações de transmissão
Relações de transmissão simples usam apenas uma engrenagem por eixo de transmissão. A engrenagem que fornece a potência, ou entrada, é chamada de engrenagem motriz e a engrenagem que está sendo girada, ou responsável pela saída, é chamada de engrenagem acionada A relação de transmissão é calculada usando a seguinte fórmula:
Relação de Engrenagem 1:1
Uma relação de transmissão de : significa que a engrenagem motriz faz uma revolução para que a engrenagem acionada complete uma revolução. Esta relação de transmissão proporciona os seguintes benefícios:
- Velocidade e torque equilibrados: Como a relação entre a engrenagem motriz e a engrenagem acionada é igual, não há alteração na velocidade ou no torque entre as duas engrenagens. Este equilíbrio é ideal para aplicações onde o desempenho nativo do motor é suficiente.
- Transferência direta de potência: Esta relação de engrenagem garante que a potência gerada pelo motor seja transferida diretamente para o componente acionado sem qualquer perda.
- Design simplificado: Uma relação de engrenagem de 1:1 simplifica o design mecânico do robô, tornando o processo de design e construção mais direto.
- Desempenho previsível: Como as velocidades de entrada e saída são idênticas, o desempenho do robô é mais previsível. Isso pode ser vantajoso para tarefas em que é necessário um desempenho consistente ou em que o tempo da tarefa é crucial.
O gráfico abaixo mostra um exemplo de uma relação de transmissão de 1:1. A engrenagem motriz e a engrenagem acionada têm o mesmo número de dentes (60T). O motor gira a engrenagem motriz 60T uma vez para fazer a engrenagem movida 60T completar uma revolução.
Relação de Engrenagem 5:1
Uma relação de transmissão de : significa que a engrenagem motriz deve fazer cinco revoluções para que a engrenagem acionada complete uma revolução. Esta relação de transmissão proporciona os seguintes benefícios:
- Torque aumentado: Torque é a força rotacional que o motor pode aplicar aos componentes do robô. Ao aumentar o torque, um robô pode lidar com cargas mais pesadas e executar tarefas que exigem mais força, como levantar e empurrar objetos. A engrenagem motriz tem menos dentes que a engrenagem acionada, fazendo com que a saída de torque seja 5 vezes maior, enquanto a saída de velocidade é de apenas 1/5.
- Velocidade reduzida: Enquanto o torque é aumentado, a velocidade da engrenagem acionada é reduzida. A redução da velocidade é benéfica para tarefas que exigem mais controle e precisão.
- Eficiência do motor aprimorada: Uma relação de transmissão mais alta permite que o motor funcione de forma mais eficiente. Essa relação de engrenagem pode reduzir o desgaste do motor e prolongar sua vida útil.
- Personalização para tarefas específicas: Esta relação de engrenagem pode ser integrada com um sistema de engrenagem maior, permitindo a personalização das características de desempenho do robô.
Relação de Engrenagem 1:5
Aumentar a velocidade (alta velocidade) - Com esse tipo de relação de engrenagem, o objetivo é aumentar a velocidade do motor, como de um motor para uma roda. A engrenagem motriz tem mais dentes que a engrenagem acionada. Por exemplo, se um motor aciona uma engrenagem de 60T para uma engrenagem acionada de 12T em uma roda,quando a engrenagem motriz de 60T gira uma vez, a engrenagem acionada de 12T gira cinco (5) vezes. Isso é conhecido como relação de engrenagem 1:5. Neste caso, a velocidade de saída é 5/1 vezes maior, porém, a saída de torque é 1/5.
Explore o gráfico a seguir para visualizar cada ângulo de uma relação de transmissão de 1:5.
Trem de engrenagens
Um trem de engrenagens consiste em uma série de engrenagens que transmitem movimento e potência de uma parte do robô para outra. Os trens de engrenagens modificam a velocidade, o torque e a direção do movimento rotacional. Os trens de engrenagens consistem em engrenagens com dentes que se engrenam para transmitir movimento; eixos que mantêm as engrenagens no lugar e permitem que elas girem; e colares de eixo que ajudam a manter todos os componentes no lugar. As funções de um trem de engrenagens incluem o seguinte:
- Ajuste de velocidade: Os trens de engrenagens aumentam ou diminuem a velocidade de rotação; uma engrenagem motriz menor engrenada com uma engrenagem acionada maior reduz a velocidade, mas aumenta o torque, enquanto uma engrenagem motriz maior engrenada com uma engrenagem acionada menor aumenta a velocidade, mas reduz o torque.
Trens de engrenagens são usados para girar rodas que não estão conectadas a um motor.
Notas especiais
As relações para sistemas de roda dentada e corrente funcionam da mesma forma que as relações de engrenagem. Os sistemas de roda dentada e corrente têm a vantagem de que as rodas dentadas podem ser colocadas a várias distâncias, pois são conectadas por uma corrente. No entanto, os elos da corrente podem quebrar com menos força do que um dente pode quebrar em uma engrenagem de alta resistência. Qualquer tipo de quebra precisará ser reparado para que o robô fique totalmente funcional.
Qualquer número de engrenagens de qualquer tamanho pode ser colocado entre a engrenagem motriz e a engrenagem acionada em uma relação de engrenagem simples e isso não alterará a relação de engrenagem. Por exemplo, uma engrenagem de 12T aciona uma engrenagem de 36T que aciona uma engrenagem acionada de 60T, a relação de transmissão ainda é 5:1, a mesma que se a engrenagem de 60T fosse acionada diretamente pela engrenagem de 12T.
Velocidade
Velocidade de rotação é a rapidez com que um objeto gira. Por exemplo, o soquete do eixo de um motor inteligente V5 pode girar a 100 rotações por minuto ou 100 RPM. Conforme explicado acima, se uma relação de engrenagem de 5:1 for usada, uma engrenagem motriz de 60 dentes é girada pelo eixo do motor e então gira uma engrenagem acionada de 12 dentes, a engrenagem de 12 dentes girará a uma velocidade 5 vezes mais rápida. Usando o exemplo acima, a engrenagem de 12 dentes girará a 500 RPM, em comparação com 100 RPM do eixo do motor. Se for usada uma relação de engrenagem de 1:5, uma engrenagem motriz de 12 dentes é girada pelo eixo do motor e então gira uma engrenagem acionada de 60 dentes, a engrenagem de 60 dentes girará a uma velocidade 1/5 mais rápida. Usando o exemplo acima novamente, a engrenagem de 60 dentes girará a 20 RPM, em comparação com 100 RPM do eixo do motor.
Então por que a relação de transmissão mais rápida possível não seria sempre usada? Parece que quanto mais rápido um robô se move, mais competitivo ele é. A primeira razão é que existe uma velocidade máxima na qual as funções de um robô podem ser controladas. Para dar alguns exemplos, se a função for o robô dirigindo, se as rodas girarem muito rápido, pode ser muito difícil controlá-lo. Se a função for um braço girando para cima e para baixo, se ele girar muito rápido, também pode ser difícil de controlar.
Torque
Torque é a quantidade de força necessária para girar uma carga a uma distância. Os motores têm uma quantidade limitada de torque. Por exemplo, se um motor V5 Smart estiver produzindo 1 Nm (Newton metros) de torque, quando uma relação de engrenagem de 5:1 for usada, a engrenagem acionada de 12 dentes produzirá ⅕ do torque de entrada do motor, a saída será de 0,2 Nm e com a relação de engrenagem de 1:5, a engrenagem de 60 dentes produzirá 5 vezes o torque de entrada do motor, a saída será de 5 Nm.
O torque é a segunda razão pela qual a relação de transmissão mais rápida possível nem sempre pode ser usada ao projetar um robô. É possível que, quando uma relação de engrenagem de aumento de velocidade é usada para acionar as rodas de um robô mais rápido, a relação de engrenagem exceda o torque disponível do motor e o robô não se mova tão rápido ou não se mova. Também é possível que, se dois robôs com quase o mesmo design interagirem, o robô com uma relação de transmissão mais baixa provavelmente consiga impulsionar o robô com uma relação de transmissão mais alta, porque o robô com uma relação de transmissão mais baixa terá mais torque. Outro exemplo é que um braço pode não girar mesmo se estiver diretamente conectado a um eixo inserido em um motor, porque girá-lo pode exceder o torque disponível do motor. Neste caso, é necessário usar uma relação de engrenagem de torque maior para aumentar a saída de torque do motor e exceder a quantidade de torque necessária para girar o braço.
A velocidade e o torque de um motor V5 Smart podem ser medidos usando o Motor Dashboard
Realidade Robótica
Felizmente, as relações de transmissão usadas nas instruções de construção para a montagem do V5 ClawBot são suficientes para começar a projetar robôs personalizados. Muitos sistemas de transmissão funcionam bem acionando diretamente os eixos das rodas ou rodas dentadas com o V5 Smart Motor com o cartucho de engrenagens V5 verde de 200 RPM. Entretanto, se uma estrutura no projeto, como uma torre ou entrada de peças de jogo, precisar ser colocada onde um motor está localizado, uma transferência de energia usando rodas dentadas e correntes ou engrenagens, como explicado acima, pode ser usada. Para a maioria dos braços, a relação de torque de aumento de 7:1 explicada acima é suficiente acionando a engrenagem de 12T com um motor de 200 RPM e conectando uma engrenagem acionada de 84T ao braço. À medida que uma vantagem competitiva se torna mais importante, encontrar o equilíbrio ideal entre velocidade e torque se torna mais importante. Isso pode ser feito usando um motor inteligente V5 com um dos três cartuchos de engrenagens V5 disponíveis (vermelho: 100 RPM, verde: 200 RPM, azul: 600 RPM) e, se necessário, combinando o motor com uma relação de engrenagem para aumentar o torque ou uma relação de engrenagem para aumentar a velocidade.
As engrenagens e outros equipamentos de movimento podem ser adquiridos em https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.