Система VEX EDR имеет два типа цилиндрических зубчатых колес: комплект зубчатых колес и комплект зубчатых колес повышенной прочности (см. раздел«Как выбрать цилиндрическую зубчатую передачу»). Эти шестерни можно собирать для настройки передачи мощности, увеличения крутящего момента или увеличения скорости. Это можно сделать, собрав две или более шестерен на приводных валах так, чтобы зубья шестерен вошли в зацепление. Двигатель будет приводить в действие приводной вал одной из шестерен.
Передаточные числа
Простые передаточные числа используют только одну шестерню на приводной вал. Шестерня, которая обеспечивает мощность или вход, называется шестерней , а шестерня, которая вращается или отвечает за выход, называется ведомой шестерней отношение рассчитывается по следующей формуле:
Посмотрите анимацию ниже, чтобы увидеть пример ведущей и ведомой шестерни одинакового размера, в данном случае 60 зубьев и 60 зубьев.
Передаточное отношение 1:1
отношение 1: означает, что ведущая шестерня совершает один оборот, чтобы ведомая шестерня совершила один оборот. Такое передаточное отношение обеспечивает следующие преимущества:
- Сбалансированная скорость и крутящий момент: Поскольку передаточное отношение между ведущей и ведомой шестернями одинаковое, между двумя шестернями нет никаких изменений в скорости или крутящем моменте. Такой баланс идеально подходит для случаев, когда достаточно собственной производительности двигателя.
- Прямая передача мощности: Это передаточное отношение гарантирует, что мощность, вырабатываемая двигателем, напрямую передается на ведомый компонент без каких-либо потерь.
- Упрощенная конструкция: Передаточное отношение 1:1 упрощает механическую конструкцию робота, делая процесс проектирования и сборки более простым.
- Предсказуемая производительность: Поскольку входная и выходная скорости идентичны, производительность робота более предсказуема. Это может быть полезно для задач, где требуется стабильная производительность или где решающее значение имеет время выполнения задач.
Приведенная ниже 3D-модель демонстрирует пример передаточного отношения 1:1. Ведущая и ведомая шестерни имеют одинаковое количество зубьев (60T). Двигатель совершает один оборот ведущей шестерни 60T, заставляя ведомую шестерню 60T совершить один оборот.
Передаточное отношение 5:1
Передаточное отношение 5:1 означает, что ведущая шестерня должна совершить пять оборотов, чтобы ведомая шестерня совершила один оборот. Такое передаточное отношение обеспечивает следующие преимущества:
- Увеличенный крутящий момент: Крутящий момент — это вращательная сила, которую двигатель может приложить к компонентам робота. Увеличивая крутящий момент, робот может переносить более тяжелые грузы и выполнять задачи, требующие больших усилий, например, поднимать и толкать предметы. Ведущая шестерня имеет меньше зубьев, чем ведомая шестерня, в результате чего крутящий момент на выходе в 5 раз больше, а скорость на выходе составляет всего 1/5.
- Пониженная скорость: При увеличении крутящего момента скорость ведомой шестерни уменьшается. Снижение скорости полезно для задач, требующих большего контроля и точности.
- Повышение эффективности двигателя: Более высокое передаточное отношение позволяет двигателю работать более эффективно. Такое передаточное отношение может снизить износ двигателя и продлить срок его службы.
- Настройка для конкретных задач: Это передаточное отношение может быть интегрировано с более крупной системой передач, что позволяет настраивать эксплуатационные характеристики робота.
Посмотрите анимацию и 3D-модель ниже, чтобы увидеть примеры того, как гораздо меньшая шестерня приводит в движение гораздо большую шестерню, в данном случае с 12 и 60 зубьями.
Передаточное отношение 1:5
Увеличение скорости (высокая скорость) — При использовании этого типа передаточного числа целью является увеличение скорости двигателя, например, от двигателя к колесу. Ведущая шестерня имеет больше зубьев, чем ведомая. Например, если двигатель приводит в движение шестерню с 60 зубьями, передающую крутящий момент на ведомую шестерню с 12 зубьями на колесе, то когда ведущая шестерня с 60 зубьями совершает один оборот, ведомая шестерня с 12 зубьями совершает пять (5) оборотов. Это называется передаточным отношением 1:5. В этом случае выходная скорость составляет 5/1, однако выходной крутящий момент составляет 1/5.
Посмотрите анимацию и 3D-модель ниже, чтобы увидеть примеры того, как гораздо большая шестерня приводит в движение гораздо меньшую шестерню, в данном случае с 60 и 12 зубьями.
Зубчатая передача
передача состоит из ряда шестерён, которые передают движение и мощность от одной части робота к другой. Зубчатые передачи изменяют скорость, крутящий момент и направление вращательного движения. Зубчатые передачи состоят из шестерен с зубьями, которые входят в зацепление для передачи движения; валов, которые удерживают шестерни на месте и позволяют им вращаться; и хомутов валов, которые помогают удерживать все компоненты на месте. Функции зубчатой передачи включают в себя следующее:
- Регулировка скорости: Зубчатые передачи увеличивают или уменьшают скорость вращения; меньшая ведущая шестерня, входящая в зацепление с большей ведомой шестерней, снижает скорость, но увеличивает крутящий момент, в то время как большая ведущая шестерня, входящая в зацепление с меньшей ведомой шестерней, увеличивает скорость, но уменьшает крутящий момент.
Зубчатые передачи используются для вращения колес, не соединенных с двигателем, как показано на двух 3D-моделях ниже.
Особые примечания
Передаточные числа для систем звездочек и цепей работают так же, как и передаточные числа передач. Преимущество звездочек и цепных систем заключается в том, что звездочки можно размещать на разных расстояниях друг от друга, поскольку они соединены цепью. Однако звенья цепи могут сломаться с меньшей силой, чем зуб высокопрочной шестерни. Любую поломку необходимо будет устранить, чтобы робот снова стал полностью функциональным.
Между ведущей и ведомой шестернями можно разместить любое количество шестерен любого размера в простом передаточном отношении, и это не изменит передаточное отношение. Например, шестерня 12T приводит в движение шестерню 36T, которая приводит в движение ведомую шестерню 60T, передаточное отношение по-прежнему составляет 5:1, как если бы шестерня 60T приводилась в движение непосредственно шестерней 12T.
Скорость
Скорость вращения — это скорость, с которой объект вращается. Обычно это измеряется в оборотах в минуту, или об/мин. Например, вал интеллектуального двигателя V5 может вращаться со скоростью 100 оборотов в минуту, или 100 об/мин. Передаточное число может изменять скорость вращения выходного вала. В данной статье передаточное число записывается как ведомая шестерня : ведущая шестерня.
При передаточном отношении 1:5 ведущая шестерня с 60 зубьями вращает ведомую шестерню с 12 зубьями. Поскольку ведомая шестерня меньше по размеру, она вращается в 5 раз быстрее, чем вал двигателя. Если вал двигателя вращается со скоростью 100 об/мин, то ведомая шестерня с 12 зубьями будет вращаться со скоростью 500 об/мин.
При передаточном отношении 5:1 ведущая шестерня с 12 зубьями вращает ведомую шестерню с 60 зубьями. Поскольку ведомая шестерня большего размера, она вращается в 5 раз медленнее, чем вал двигателя. Если вал двигателя вращается со скоростью 100 об/мин, то ведомая шестерня с 60 зубьями будет вращаться со скоростью 20 об/мин.
Это помогает объяснить, почему самое быстрое передаточное число не всегда является лучшим выбором. Более быстрый робот может звучать лучше, но если колеса или манипулятор движутся слишком быстро, управлять роботом станет сложнее. Более низкое передаточное число может облегчить управление движением и повысить его точность.
Крутящий момент
Крутящий момент — это сила скручивания, которая помогает вращать что-либо, например, колесо, шестерню или манипулятор робота. Электродвигатели способны развивать лишь определённый крутящий момент. Передаточное число также может влиять на величину крутящего момента на выходе.
При передаточном отношении 1:5 ведущая шестерня с 60 зубьями вращает ведомую шестерню с 12 зубьями. Это приводит к более быстрому вращению выходного вала, но также снижает выходной крутящий момент до 1/5 от крутящего момента двигателя. Например, если двигатель развивает крутящий момент 1 Нм, то выходной крутящий момент составит 0,2 Нм.
При передаточном отношении 5:1 ведущая шестерня с 12 зубьями вращает ведомую шестерню с 60 зубьями. Это приводит к замедлению вращения выходного вала, но при этом увеличивает выходной крутящий момент в 5 раз по сравнению с крутящим моментом двигателя. Например, если двигатель развивает крутящий момент 1 Нм, то выходной крутящий момент составит 5 Нм.
Крутящий момент — ещё одна причина, по которой не всегда можно использовать самое быстрое передаточное число. Если робот рассчитан на большую скорость, то у него будет меньший крутящий момент. Это означает, что робот может плохо толкать предметы, не уметь поднимать руку или даже двигаться так, как вы от него хотите. Например, робот с большим крутящим моментом может лучше справляться с задачей толкания другого робота. Роботизированной руке также может потребоваться больший крутящий момент для подъема игровых объектов или перемещения объектов, находящихся под ее собственным весом. В таких случаях лучшим выбором будет передаточное число, увеличивающее крутящий момент.
Скорость и крутящий момент интеллектуального двигателя V5 можно измерить с помощью панели управления двигателем.
Реальность робота
К счастью, передаточные числа, используемые в инструкциях по сборке V5 ClawBot, достаточны для начала проектирования индивидуальных роботов. Многие трансмиссии хорошо работают, напрямую приводя в движение валы колес или звездочки гусениц с помощью интеллектуального двигателя V5 с экологичным редуктором V5 Gear Cartridge на 200 об/мин. Однако если в конструкции, например, башне или устройстве для забора игровых фишек, необходимо разместить двигатель, можно использовать передачу мощности с помощью звездочек и цепи или шестерен, как описано выше. Для большинства рычагов достаточно передаточного отношения крутящего момента 7:1, описанного выше, при приводе шестерни 12T в действие двигателем со скоростью 200 об/мин и прикреплении ведомой шестерни 84T к рычагу. Поскольку конкурентное преимущество становится все более важным, поиск «золотой середины» баланса между скоростью и крутящим моментом становится все более важным. Это можно сделать, используя интеллектуальный двигатель V5 с одним из трех доступных редукторных картриджей V5 (красный: 100 об/мин, зеленый: 200 об/мин, синий: 600 об/мин) и, при необходимости, комбинируя двигатель с передаточным отношением для увеличения крутящего момента или передаточным отношением для увеличения скорости.
Шестерни и другое оборудование для управления движением можно приобрести в магазине Robotics.