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:
Veja a animação abaixo para um exemplo de uma engrenagem motora e uma engrenagem movida do mesmo tamanho, neste caso, 60 dentes em .
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.
A construção em 3D abaixo exibe um exemplo de uma relação de engrenagem 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.
Veja a animação e a construção em 3D abaixo para exemplos de uma engrenagem muito mais pequena a acionar uma engrenagem muito maior, neste caso, com 12 e 60 dentes.
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 movida de 12T numa roda, quando a engrenagem motora de 60T gira uma vez, a engrenagem movida de 12T gira cinco (5) vezes. Isto é conhecido como uma relação de transmissão de 1:5. Neste caso, a velocidade de saída é 5/1 vezes maior, porém, a saída de torque é 1/5.
Veja a animação e a construção em 3D abaixo para exemplos de uma engrenagem muito maior a acionar uma engrenagem muito mais pequena, neste caso, com 60 e 12 dentes.
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.
Os trens de engrenagens são utilizados para fazer girar rodas que não estão ligadas a um motor, como se mostra nas duas construções 3D abaixo.
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
A velocidade de rotação é a rapidez com que algo gira. É geralmente medida em rotações por minuto, ou RPM. Por exemplo, o veio de um motor inteligente V5 pode rodar a 100 rotações por minuto, ou 100 RPM. A relação de transmissão pode alterar a velocidade de rotação da saída. Neste artigo, a relação de transmissão é escrita como engrenagem movida : engrenagem motora.
Se for utilizada uma relação de transmissão de 1:5, uma engrenagem motora de 60 dentes aciona uma engrenagem movida de 12 dentes. Como a engrenagem movida é mais pequena, gira 5 vezes mais rápido que o veio do motor. Se o veio do motor rodar a 100 RPM, a engrenagem motriz de 12 dentes irá rodar a 500 RPM.
Se for utilizada uma relação de transmissão de 5:1, uma engrenagem motora de 12 dentes aciona uma engrenagem movida de 60 dentes. Como a engrenagem movida é maior, roda 5 vezes mais devagar que o veio do motor. Se o veio do motor rodar a 100 RPM, a engrenagem motriz de 60 dentes irá rodar a 20 RPM.
Isto ajuda a explicar porque é que a relação de transmissão mais rápida nem sempre é a melhor escolha. Um robô mais rápido pode parecer melhor, mas se as rodas ou o braço se moverem demasiado depressa, o robô pode tornar-se mais difícil de controlar. Uma relação de transmissão mais lenta pode tornar o movimento mais fácil de controlar e mais preciso.
Torque
O binário é a força de torção que ajuda a fazer girar algo, como uma roda, uma engrenagem ou um braço robótico. Os motores só conseguem produzir uma determinada quantidade de binário. A relação de transmissão também pode alterar a quantidade de binário de saída.
Se for utilizada uma relação de transmissão de 1:5, uma engrenagem motora de 60 dentes aciona uma engrenagem movida de 12 dentes. Isto faz com que a saída gire mais rapidamente, mas também reduz o binário de saída para 1/5 do binário do motor. Por exemplo, se o motor produzir 1 Nm de binário, o binário de saída será de 0,2 Nm.
Se for utilizada uma relação de transmissão de 5:1, uma engrenagem motora de 12 dentes aciona uma engrenagem movida de 60 dentes. Isto faz com que a saída gire mais lentamente, mas aumenta o binário de saída para 5 vezes o binário do motor. Por exemplo, se o motor produzir 1 Nm de binário, o binário de saída será de 5 Nm.
O binário é outro motivo pelo qual a relação de transmissão mais rápida nem sempre pode ser utilizada. Se um robô for concebido para maior velocidade, tem menos binário. Isto significa que o robô pode não conseguir empurrar bem, levantar um braço ou até mesmo mover-se da forma que pretende. Por exemplo, um robô com mais binário pode ser melhor para empurrar outro robô. Um braço robótico também pode precisar de mais binário para levantar objetos do jogo ou mover o seu próprio peso. Nestes casos, uma relação de transmissão que aumente o binário é a melhor escolha.
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 componentes movimento podem ser adquiridos na loja Robotics.