การใช้อัตราทดเกียร์กับมอเตอร์ V5

ระบบ VEX EDR มีเดือยเกียร์สองประเภท คือ Gear Kit และ High Strength Gear Kit (โปรดดูวิธีการเลือกเดือยเกียร์) เกียร์เหล่านี้สามารถประกอบเพื่อการส่งกำลัง เพื่อเพิ่มแรงบิด หรือเพื่อเพิ่มความเร็ว ซึ่งสามารถทำได้โดยการประกอบเฟืองตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเข้าด้วยกันบนเพลาขับเพื่อให้ฟันของมันชนกัน มอเตอร์จะส่งกำลังให้กับเพลาขับของเฟืองตัวใดตัวหนึ่ง

อัตราทดเกียร์ธรรมดา

อัตราทดเกียร์ธรรมดาใช้เพียงเกียร์เดียวต่อเพลาขับ และสามารถใช้เพื่อถ่ายโอนกำลัง เพิ่มแรงบิด หรือเพิ่มความเร็ว เกียร์ที่ให้กำลังหรืออินพุตเรียกว่าเกียร์ขับเคลื่อน และเกียร์ที่กำลังหมุนหรือเอาท์พุตเรียกว่าเกียร์ขับเคลื่อน

การถ่ายโอนกำลัง - ด้วยอัตราทดเกียร์ประเภทนี้ วัตถุประสงค์คือเพื่อถ่ายโอนกำลังจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง เช่น จากมอเตอร์ไปยังล้อที่ไม่ได้ติดอยู่กับมอเตอร์โดยตรง เฟืองขับและเฟืองขับมีจำนวนฟันเท่ากัน ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ขับเคลื่อนเฟือง 60 ฟัน (60T) ไปยังเฟืองขับเคลื่อน 60T บนล้อ มอเตอร์จะหมุนเฟืองขับ 60T เมื่อหมุนเฟืองขับ 60T บนล้อหนึ่งครั้ง สิ่งนี้เรียกว่าอัตราส่วน 1:1

เพิ่มแรงบิด (ความเร็วต่ำ)- ด้วยอัตราทดเกียร์ประเภทนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มแรงบิดจากมอเตอร์ เช่น จากมอเตอร์ไปยังแขน เฟืองขับมีฟันน้อยกว่าเฟืองขับ ตัวอย่างเช่น หากมอเตอร์ขับเคลื่อนเกียร์ 12T ไปยังเกียร์ 60T ที่ขับเคลื่อนบนแขน เกียร์ขับเคลื่อน 12T จะต้องหมุน 5 ครั้งเพื่อหมุนเกียร์ขับเคลื่อน 60T หนึ่งครั้ง สิ่งนี้เรียกว่าอัตราส่วน 5:1 แรงบิดเอาท์พุตนั้นมากกว่า 5 เท่า แต่ความเร็วเอาท์พุตนั้นอยู่ที่ 1/5 เท่านั้น

เพิ่มความเร็ว (ความเร็วสูง) - ด้วยอัตราทดเกียร์ประเภทนี้ วัตถุประสงค์คือเพื่อเพิ่มความเร็วจากมอเตอร์ เช่น จากมอเตอร์ไปยังล้อ เฟืองขับมีฟันมากกว่าเฟืองขับ ตัวอย่างเช่น หากมอเตอร์ขับเคลื่อนเกียร์ 60T ไปยังเกียร์ 12T ที่ขับเคลื่อนบนล้อเมื่อเกียร์ขับเคลื่อน 60T หมุนหนึ่งครั้ง เกียร์ขับเคลื่อน 12T จะหมุนห้า (5) ครั้ง ซึ่งเรียกว่าอัตราทดเกียร์ 1:5 ในกรณีนี้ ความเร็วเอาท์พุตจะมากกว่า 5/1 เท่า อย่างไรก็ตาม แรงบิดเอาท์พุตคือ 1/5

หมายเหตุพิเศษ

อัตราส่วนสำหรับระบบเฟืองและโซ่ทำงานในลักษณะเดียวกับอัตราทดเกียร์ ระบบเฟืองและโซ่มีข้อได้เปรียบตรงที่สามารถวางเฟืองแยกจากกันหลายระยะได้ เนื่องจากเชื่อมต่อกันด้วยโซ่ อย่างไรก็ตาม ตัวต่อโซ่สามารถแตกหักได้โดยใช้แรงน้อยกว่าที่ฟันจะหักบนเฟืองกำลังสูงได้ การแตกหักทั้งสองประเภทจะต้องได้รับการซ่อมแซมเพื่อให้หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

สามารถวางเกียร์ขนาดเท่าใดก็ได้ระหว่างเกียร์ขับเคลื่อนและเกียร์ขับเคลื่อนด้วยอัตราทดเกียร์ธรรมดา และจะไม่เปลี่ยนอัตราทดเกียร์ ตัวอย่างเช่น เกียร์ 12T ขับเคลื่อนเกียร์ 36T ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเกียร์ขับเคลื่อน 60T อัตราทดเกียร์ยังคงเป็น 5:1 เหมือนกับว่าเกียร์ 60T ถูกขับเคลื่อนโดยตรงด้วยเกียร์ 12T

ความเร็ว

ความเร็วในการหมุนคือความเร็วที่วัตถุหมุน ตัวอย่างเช่น ช่องเสียบเพลาของ V5 Smart Motor อาจหมุนได้ 100 รอบต่อนาทีหรือ 100 รอบต่อนาที ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น หากใช้อัตราทดเกียร์ 5:1 เฟืองขับ 60 ฟันจะถูกหมุนด้วยเพลาของมอเตอร์ จากนั้นจะเปลี่ยนเฟืองขับ 12 ฟัน เฟือง 12 ฟันจะหมุนด้วยความเร็วเร็วขึ้น 5 เท่า จากตัวอย่างข้างต้น เฟือง 12 ฟันจะหมุนที่ 500 RPM เทียบกับ 100 RPM ของเพลามอเตอร์ หากใช้อัตราทดเกียร์ 1:5 เฟืองขับ 12 ฟันจะถูกหมุนด้วยเพลาของมอเตอร์ จากนั้นจะเปลี่ยนเฟืองขับ 60 ฟัน เฟือง 60 ฟันจะหมุนด้วยความเร็ว 1/5 อย่างรวดเร็ว จากตัวอย่างข้างต้นอีกครั้ง เฟือง 60 ฟันจะหมุนที่ 20 RPM เทียบกับ 100 RPM ของเพลามอเตอร์ 

แล้วเหตุใดจึงไม่ใช้อัตราทดเกียร์ที่เร็วที่สุดเสมอไป? ดูเหมือนว่ายิ่งหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วเท่าไหร่ก็ยิ่งมีการแข่งขันมากขึ้นเท่านั้น เหตุผลแรกคือ มีความเร็วสูงสุดที่สามารถควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ได้ สำหรับตัวอย่างบางส่วน หากฟังก์ชันคือหุ่นยนต์ที่หมุนไปรอบๆ หากล้อหมุนเร็วเกินไปก็อาจจะควบคุมได้ยากมาก ถ้าฟังก์ชันเป็นแขนหมุนขึ้นลง ถ้าหมุนเร็วเกินไป ก็อาจควบคุมได้ยากเช่นกัน

แรงบิด

แรงบิดคือปริมาณแรงที่จำเป็นในการหมุนโหลดในระยะไกล มอเตอร์มีแรงบิดจำกัด ตัวอย่างเช่น หากมอเตอร์อัจฉริยะ V5 ผลิตแรงบิด 1 นิวตันเมตร (นิวตันเมตร) เมื่อใช้อัตราทดเกียร์ 5:1 เฟืองขับ 12 ฟันจะส่งเอาต์พุต ⅕ แรงบิดอินพุตของมอเตอร์ ผลลัพธ์จะเป็น 0.2 นิวตันเมตร และด้วย อัตราทดเกียร์ 1:5 เกียร์ 60 ฟันจะส่งเอาต์พุต 5 เท่าของแรงบิดอินพุตของมอเตอร์ เอาต์พุตจะเป็น 5 นิวตันเมตร 

แรงบิดเป็นเหตุผลที่สองที่ทำให้ไม่สามารถใช้อัตราทดเกียร์ที่เร็วที่สุดในการออกแบบหุ่นยนต์ได้เสมอไป เป็นไปได้เมื่อใช้อัตราทดเกียร์ความเร็วเพิ่มขึ้นเพื่อขับเคลื่อนล้อของหุ่นยนต์เร็วขึ้น อัตราทดเกียร์อาจเกินแรงบิดที่มีอยู่จากมอเตอร์ และหุ่นยนต์จะไม่เคลื่อนที่เร็วหรือเคลื่อนที่เลย อาจเป็นไปได้หากหุ่นยนต์สองตัวซึ่งมีการออกแบบที่เกือบจะเหมือนกันมีปฏิสัมพันธ์กัน หุ่นยนต์ที่มีระบบขับเคลื่อนที่มีอัตราทดเกียร์ต่ำกว่ามีแนวโน้มที่จะสามารถดันหุ่นยนต์ที่มีระบบขับเคลื่อนที่มีอัตราทดเกียร์สูงกว่าได้ เนื่องจากหุ่นยนต์ที่มีอัตราทดเกียร์ต่ำจะมีแรงบิดมากกว่า อีกตัวอย่างหนึ่งคือ แขนอาจไม่หมุนแม้ว่าจะต่อเข้ากับเพลาที่เสียบเข้าไปในมอเตอร์โดยตรง เนื่องจากการหมุนอาจเกินแรงบิดที่มีอยู่ของมอเตอร์ ในกรณีนี้ จำเป็นต้องใช้อัตราทดเกียร์แรงบิดที่เพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มเอาท์พุตของแรงบิดของมอเตอร์ และเกินปริมาณแรงบิดที่ต้องใช้ในการหมุนแขน

ความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์อัจฉริยะ V5 สามารถวัดได้โดยใช้แผงหน้าปัดมอเตอร์

ความเป็นจริงของหุ่นยนต์

โชคดีที่อัตราทดเกียร์ที่ใช้กับคำแนะนำในการสร้างสำหรับการประกอบ V5 ClawBot นั้นเพียงพอที่จะเริ่มออกแบบหุ่นยนต์แบบกำหนดเองได้ ระบบขับเคลื่อนจำนวนมากทำงานได้ดีโดยการขับเคลื่อนเพลาล้อหรือเฟืองตีนตะขาบโดยตรงด้วยมอเตอร์อัจฉริยะ V5 พร้อมตลับเกียร์ V5 สีเขียว 200 RPM อย่างไรก็ตาม หากจำเป็นต้องวางโครงสร้างในการออกแบบ เช่น หอคอยหรือชิ้นส่วนเกมในตำแหน่งที่มีมอเตอร์ ก็สามารถใช้การถ่ายโอนกำลังโดยใช้เฟืองและโซ่หรือเกียร์ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นได้ สำหรับแขนส่วนใหญ่ อัตราทดเกียร์แรงบิดที่เพิ่มขึ้น 7:1 ที่อธิบายไว้ข้างต้นก็เพียงพอแล้วโดยการขับเกียร์ 12T ด้วยมอเตอร์ 200 RPM และติดเกียร์ขับเคลื่อน 84T เข้ากับแขน เมื่อความได้เปรียบทางการแข่งขันมีความสำคัญมากขึ้น การค้นหา "จุดที่น่าสนใจ" ระหว่างความเร็วและแรงบิดจึงมีความสำคัญมากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้มอเตอร์อัจฉริยะ V5 กับตลับเกียร์ V5 หนึ่งในสามที่มีอยู่ (สีแดง: 100 RPM, สีเขียว: 200 RPM, สีน้ำเงิน: 600 RPM) และหากจำเป็น ให้รวมมอเตอร์เข้ากับอัตราทดเกียร์เพื่อเพิ่มแรงบิดหรือ อัตราทดเกียร์เพื่อเพิ่มความเร็ว

สามารถซื้อ Gears และฮาร์ดแวร์การเคลื่อนไหวอื่นๆ ได้ที่ https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: