Самый распространенный способ запуска объектов с помощью робота V5 — это вращение колеса на высоких скоростях, а затем подача объекта в колесо. В этом документе объясняется физика вращающейся системы, что происходит при запуске объекта и как можно настроить систему для лучшего запуска объектов.
Физика вращающихся объектов
Энергия вращения, измерение энергии, содержащейся во вращающемся объекте, определяется уравнением:
EВращательный = 12 Iw2
- I означает инерцию вращения (также называемую «Момент инерции» или «MOI»), которая является показателем того, насколько сложно повернуть объект.
- w — скорость вращения объекта.
Это означает, что мы можем изменить две переменные — либо инерцию вращения нашей системы (I), либо скорость ее вращения (w) — чтобы изменить энергию вращения в нашей пусковой системе.
Так почему же нас волнует энергия вращения нашей пусковой установки? Закон сохранения энергии гласит, что энергия не создается и не уничтожается, а только передается. Это означает, что система запуска передаст часть своей энергии вращения объекту, который мы запускаем, и именно эта энергия заставляет объект взлетать по воздуху!
Объект, движущийся в определенном направлении, имеет линейную энергию, определяемую уравнением:
EЛинейный =12 мв2
- м обозначает массу объекта
- v — скорость объекта
Это означает, что объект, запущенный с определенной скоростью, имеет определенное количество энергии. Это значение фиксировано для определенной скорости, а энергия в нашей пусковой установке — нет. Энергия в нашей РН сразу после запуска будет меньше, чем непосредственно перед запуском, из-за передачи энергии запускаемому объекту. Изменяя энергию в нашей пусковой системе перед запуском, мы можем изменить долю энергии, передаваемой запускаемому объекту, и тем самым повлиять как на то, насколько хорошо пусковая установка запускает объект, так и на то, насколько она готова к запуску следующего объекта.
Что такое маховик?
Как упоминалось выше, один из способов изменить энергию вращения нашей пусковой установки — это изменить инерцию вращения системы. Важно знать две вещи: во-первых, каждый объект имеет определенное значение инерции вращения вокруг оси вращения, а во-вторых, инерция вращения всех частей системы суммируется, образуя инерцию вращения системы. Объект, который используется для увеличения инерции вращения системы, известен как маховик, и в экосистеме V5 существует новый вес маховика VEX V5 , который делает именно это.
Влияние маховика на производительность системы
Самое главное, что нужно понять, — это то, как различные моменты инерции в системе влияют на ее производительность.
Если мы увеличим момент инерции, энергия вращения увеличится (как показано первым уравнением выше). Чем больше энергии в системе на определенной скорости, тем больше времени потребуется, чтобы получить энергию в системе, поэтому время раскрутки увеличится. При большем MOI падение оборотов после запуска уменьшится и объект, как правило, будет запускаться дальше. При уменьшении момента инерции мы получаем все противоположные эффекты: энергия вращения и время раскрутки уменьшатся, падение оборотов увеличится, а энергия, передаваемая объекту, и расстояние, которое он пройдет, уменьшится.
| Высшее МВД | Нижний МВД |
| Более высокое потребление тока при начальном раскрутке | Меньшее потребление тока при начальном раскрутке |
| Меньшая скорость необходима для запуска объекта на желаемое расстояние. | Для запуска объекта на желаемое расстояние необходима более высокая скорость. |
| Меньшее падение скорости при запуске объекта (меньше времени между запусками) | Более высокое падение скорости при запуске объекта (больше времени между запусками) |
Как использовать грузик для маховика V5
Маховик V5 можно установить двумя разными способами. Во-первых, стандартная квадратная схема крепления с шагом ½ дюйма позволяет устанавливать маховик на высокопрочные шестерни 48T, 60T, 72T и 84T. Во-вторых, стандартная шестигранная схема крепления 1,875 дюйма позволяет устанавливать маховик на втулку Versahub, которую можно установить на высокопрочный вал с помощью переходника ступицы Versahub . На изображении слева показаны монтажные отверстия на грузике маховика V5. Красные отверстия соответствуют стандартному квадратному монтажному шаблону, а синие отверстия соответствуют шестигранному шаблону Versahub.
Пример, показывающий пример установки груза на маховике V5 №1.
Пример установки груза на маховике V5 №2.
Как и все, что производится, все детали имеют допуски в конструкции из-за небольших, неизбежных неточностей в производственном процессе. Вес маховика V5 не является исключением из этого правила, и существует вероятность небольшой асимметрии маховика, которая приводит к вибрации. Вибрация вашего робота может ослабить болты, сделать пусковую установку неточной или даже повредить компоненты робота. Есть два способа борьбы с этим. Во-первых, если используется более одного маховика, маховики можно вращать относительно друг друга так, чтобы они компенсировали асимметричный баланс друг друга. Во-вторых, если используется только один маховик, в неиспользуемое монтажное отверстие можно вставить болт, чтобы компенсировать асимметричный баланс. В обоих случаях рекомендуется методом проб и ошибок определить, какая конфигурация лучше.
Подшипник или втулка: какой вам нужен?
С появлением высокопрочного шарикоподшипникапользователи VEX теперь имеют доступ к двум различным способам поддержки систем вращения в своих роботах. Деталь, известная как «плоская опора», на самом деле известна в промышленности как втулка, поскольку она не имеет движущихся частей. И подшипники, и втулки работают за счет уменьшения трения между вращающимся валом и неподвижной опорой. Втулки — «подшипник плоский» или «Высокопрочный подшипник вала» в VEX (называемые в этом документе втулками) — обеспечивают гладкую круглую поверхность, с которой вал может контактировать. Подшипники, напротив, содержат множество маленьких шариков, которые катятся при вращении вала. Несмотря на снижение трения, ни подшипники, ни втулки не устраняют его полностью. Из-за различий в конструкции и ряда других факторов подшипники и втулки имеют разные сильные и слабые стороны и варианты использования.
|
|
Сильные стороны | Недостатки |
| Несущий |
|
|
| Втулка |
|
|
Если мы посмотрим на вращающийся механизм в контексте его энергии, как мы делали ранее в этом руководстве, подшипники или втулки постоянно «утекают» энергию из системы в виде тепла за счет трения. Однако скорость, с которой они это делают, различна. Втулки теряют энергию из системы быстрее, чем шарикоподшипники, и это воздействие является значительным.
Мы провели серию испытаний с пусковой установкой, сначала с втулками, а затем с подшипниками. В обеих версиях пусковая установка имела 2 подшипника/втулки с редуктором на 600 об/мин и 2 подшипника/втулки с редуктором на 3600 об/мин с использованием двух двигателей V5 Smart Motors с синими картриджами. Разница между подшипниками и втулками была существенной. Это график скорости двигателя во время нормального раскрутки.
Подшипники достигли значительно более высокой стабильной максимальной скорости и ускорялись быстрее, чем втулки. В контексте энергетики это означает, что система с подшипниками смогла сохранить в системе больше энергии и запустить свой объект дальше и быстрее, чем система с втулками. Разница в КПД составила примерно 8% при разнице в 300 об/мин на выходе редуктора.
С помощью той же установки мы измерили ток, потребляемый одним из двигателей во время нормального раскрутки пусковой установки. Как и в прошлом тесте, мы провели одно испытание с втулками, а другое — с подшипниками, в остальном установка была идентична. Разница в потребляемом токе была значительной: пусковая установка на втулке потребляла более чем вдвое больше тока, чем пусковая установка на подшипнике. Это график текущего розыгрыша с течением времени.
Наконец, чтобы продемонстрировать влияние маховиков, обсуждавшееся ранее в этой статье, мы провели тест, отслеживающий частоту вращения одного из двигателей при запуске трех дисков. В одном тесте не было маховиков, а в другом было два. Это график:
На этом графике мы видим пару важных вещей:
- Падение оборотов — разница между целевыми оборотами в минуту (600) и самыми медленными оборотами сразу после выстрела — было значительно уменьшено в тесте с двумя маховиками. В тестах с нулевыми маховиками падение составило ~150 об/мин, а в тестах с двумя маховиками падение составило ~75 об/мин.
- Время восстановления — время, необходимое пусковой установке для возврата к целевым оборотам (600 об/мин) — было значительно сокращено в тесте с двумя маховиками. Это имеет смысл, поскольку запускаемому диску передается меньшая доля общей энергии, как обсуждалось ранее в статье.
- Общее время запуска сократилось примерно на 40% за выстрел и в целом для теста с двумя маховиками.
Выводы
- Проще всего думать о пусковых установках с точки зрения их энергии вращения, а о запусках – как о передаче этой энергии вращения запускаемому объекту.
- Маховики позволяют увеличить энергию вращения вашей пусковой установки, что позволяет запускать объекты дальше. Новый вес маховика V5 открывает возможности для маховиков в VRC и экосистеме V5.
- Грузы маховика V5, возможно, придется прикрепить таким образом, чтобы уменьшить асимметричный баланс, возникающий в процессе производства.
- Подшипники и втулки «утекают» энергию из вашей пусковой установки за счет тепла от трения. Использование новых высокопрочных подшипников вместо традиционных лысок подшипников (втулок) позволит вам достичь более высокой максимальной скорости вашей пусковой установки и снизить постоянное потребление тока двигателями вашей пусковой установки. Это увеличивает энергию вашей пусковой системы, сохраняя при этом ваши двигатели более холодными.