Bilyalı rulmanlar ve volanlar hakkında daha fazla bilgi edinmek için Ürün Tanıtımı videosunu izleyin.
V5 robotuyla nesneleri fırlatmanın en yaygın yolu, bir tekerleği yüksek hızlarda döndürmek ve ardından nesneyi tekerleğe beslemektir. Bu belge, dönen bir sistemin arkasındaki ilgili fiziği, bir nesne fırlatıldığında ne olduğunu ve nesneleri daha iyi fırlatacak şekilde bir sistemi nasıl ayarlayabileceğinizi açıklamaktadır.
Dönen Nesnelerin Arkasındaki Fizik
Dönen bir nesnenin içerdiği enerjinin ölçümü olan dönme enerjisi, aşağıdaki denklemle tanımlanır:
EDönme = 12 Iw2
- I , nesneyi döndürmenin ne kadar zor olduğunun bir ölçümü olan dönme eylemsizliği ("Atalet Momenti" veya "MOI" olarak da bilinir) anlamına gelir.
- w nesnenin dönme hızıdır.
Bu, fırlatma sistemimizdeki dönme enerjisini değiştirmek için iki değişkeni (sistemimizin dönme ataletini (I) veya dönme hızını (w)) değiştirebileceğimiz anlamına gelir.
Peki fırlatıcımızdaki dönme enerjisini neden önemsiyoruz? Enerjinin Korunumu Yasası, enerjinin ne yaratıldığını ne de yok edildiğini, yalnızca aktarıldığını belirtir. Bu, fırlatma sisteminin dönme enerjisinin bir kısmını fırlattığımız nesneye aktaracağı anlamına gelir ve nesnenin havada fırlatılmasını sağlayan da bu enerjidir!
Belirli bir yönde hareket eden bir nesne, aşağıdaki denklemle tanımlanan doğrusal bir enerjiye sahiptir:
EDoğrusal =12 mv2
- m nesnenin kütlesini ifade eder
- v nesnenin hızıdır
Bu, belirli bir hızda fırlatılan bir nesnenin belirli bir miktarda enerjiye sahip olduğu anlamına gelir. Bu değer belli bir hız için sabittir ancak fırlatıcımızdaki enerji sabit değildir. Fırlatmanın hemen ardından fırlatıcımızdaki enerji, fırlatılan nesneye enerji aktarımı nedeniyle hemen öncesine göre daha az olacaktır. Fırlatma sistemimizdeki enerjiyi fırlatmadan önce değiştirerek, fırlatılan nesneye aktarılan enerjinin oranını değiştirebiliriz ve bunu yaparak hem fırlatıcının nesneyi ne kadar iyi fırlattığını hem de bir sonraki nesneyi fırlatmaya ne kadar hazır olduğunu etkileyebiliriz.
Volan nedir?
Yukarıda bahsettiğimiz gibi fırlatıcımızın dönme enerjisini değiştirmenin yollarından biri sistemin dönme ataletini değiştirmektir. İki şeyi bilmek önemlidir: Birincisi, her nesnenin bir dönme ekseni etrafında belirli bir dönme atalet değeri vardır ve ikincisi, bir sistemin tüm parçalarının dönme atalet değerleri bir araya gelerek sistemin dönme ataletini oluşturur. Bir sistemin dönme ataletini artırmak için kullanılan nesneye volan adı verilir ve V5 ekosisteminde tam olarak bunu yapmak için yeni bir VEX V5 Volan Ağırlığı mevcuttur.
Volanın Sistem Performansına Etkisi
Anlaşılması gereken en önemli şey, bir sistemdeki farklı atalet momentlerinin sistemin performansını nasıl etkilediğidir.
Atalet momentini arttırırsak dönme enerjisi artacaktır (yukarıdaki ilk denklemde gösterildiği gibi). Sistemde belirli bir hızda daha fazla enerji olması, enerjinin sisteme girmesi daha fazla zaman alacağından dönüş süresi artacaktır. Daha fazla MOI ile fırlatma sonrasındaki RPM düşüşü azalacak ve nesne genellikle daha uzağa fırlatılacaktır. Atalet momentinin azalmasıyla tüm zıt etkileri yaşarız: Dönme enerjisi ve dönüş süresi azalacak, devir düşüşü artacak, hem cisme aktarılan enerji hem de cismin gideceği mesafe azalacaktır.
| Daha yüksek MOI | Alt MOI |
|---|---|
| İlk dönüşte daha yüksek akım çekimi | İlk dönüşte daha düşük akım çekişi |
| Nesneyi istenen mesafeye fırlatmak için daha az hız gerekir | Nesneyi istenen mesafeye fırlatmak için daha yüksek hız gerekir |
| Nesne başlatıldığında daha az hız düşüşü (başlatmalar arasında daha az süre) | Nesne başlatıldığında daha yüksek hız düşüşü (başlatmalar arasında daha fazla zaman) |
V5 Volan Ağırlığının Kullanımı
V5 Volan Ağırlığı iki farklı şekilde monte edilebilir. Öncelikle, standart ½” aralıklı kare montaj düzeni, volanın 48T, 60T, 72T ve 84T yüksek mukavemetli dişlilere monte edilmesini sağlar. İkinci olarak, standart 1,875” altıgen montaj düzeni, volanın versahubmonte edilmesini sağlar; bu da versahub adaptörüile yüksek mukavemetli bir şafta monte edilebilir. Soldaki resim V5 Volan Ağırlığı üzerindeki montaj deliklerini göstermektedir. Kırmızı delikler standart kare montaj düzeniyle, mavi delikler ise versahub altıgen düzeniyle eşleşiyor.
V5 Volan Ağırlığı Montaj Örneği #1'i gösteren bir örnek.
V5 Volan Ağırlığı Montaj Örneği #2'yi gösteren bir örnek.
Üretilen her şeyde olduğu gibi, üretim sürecindeki küçük, kaçınılmaz hatalar nedeniyle tüm parçaların tasarımlarında bir tolerans vardır. V5 Volan Ağırlığı bu kuralın bir istisnası değildir ve volanda titreşimle sonuçlanan küçük miktarda asimetri potansiyeli vardır. Robotunuzdaki titreşim cıvataları gevşetebilir, fırlatıcınızı hatalı hale getirebilir ve hatta robot bileşenlerine zarar verebilir. Bununla mücadele etmenin iki yolu var. Birincisi, birden fazla volan kullanılıyorsa, volanlar birbirlerinin asimetrik dengesini iptal edecek şekilde birbirlerine göre döndürülebilir. İkincisi, eğer yalnızca bir volan kullanılıyorsa, asimetrik dengeyi ortadan kaldırmak için kullanılmayan montaj deliğine bir cıvata yerleştirilebilir. Her iki durumda da, hangi konfigürasyonun en iyi olduğunu bulmak için bir deneme yanılma sürecinin kullanılması tavsiye edilir.
Rulman veya Burç: Hangisine İhtiyacınız Var?
Yüksek Mukavemetli Mil Bilyalı Rulmantanıtılmasıyla, VEX kullanıcıları artık robotlarındaki dönme sistemlerini desteklemenin iki farklı yoluna erişebiliyor. “Yatak düzlüğü” olarak bilinen parça, hareketli parçası bulunmadığından aslında endüstride burç olarak da bilinmektedir. Hem rulmanlar hem de burçlar, dönen şaft ile sabit destek arasındaki sürtünmeyi azaltarak çalışır. Burçlar (VEX'teki "yataklı düz" veya "Yüksek Dayanıklılıklı Mil Yatağı" (bu belgede burç olarak anılır) bunu, milin temas edebileceği pürüzsüz, yuvarlak bir yüzey sağlayarak yapar. Öte yandan rulmanlar, mil döndüğünde yuvarlanan çok sayıda küçük top içerir. Sürtünmeyi azaltmasına rağmen ne rulmanlar ne de burçlar sürtünmeyi tamamen ortadan kaldırmaz. Farklı yapıları ve diğer birkaç faktör nedeniyle rulmanlar ve burçların farklı güçlü, zayıf yönleri ve kullanım durumları vardır.
| Güçlü | Zayıf yönler | |
|---|---|---|
| Rulman |
|
|
| Burç |
|
|
Bir eğirme mekanizmasını enerjisi bağlamında ele alırsak, bu kılavuzda daha önce yaptığımız gibi, yataklar veya burçlar sürtünme yoluyla ısı şeklinde sistemden sürekli olarak enerji "sızar". Ancak bunu yapma hızları farklıdır. Burçlar sistemdeki enerjiyi bilyalı rulmanlara göre daha hızlı kaybeder ve etki önemlidir.
Fırlatma mekanizmasıyla bir dizi test gerçekleştirdik; önce burçlar, ardından rulmanlar kullandık. Her iki versiyonda da fırlatıcıda, mavi kartuşlu iki adet V5 Smart Motor kullanılarak, 600 rpm'de çalışan 2 adet rulman/burç ve 3600 RPM'de çalışan 2 adet rulman/burç bulunuyordu. Rulmanlar ve burçlar arasındaki fark önemliydi. Bu, normal bir dönüş hareketi sırasında motorun hızının grafiğidir.
Rulmanlar, burçlara kıyasla önemli ölçüde daha yüksek ve istikrarlı bir azami hıza ulaştı ve daha hızlı ivmelendi. Enerji bağlamında bu, rulmanlı sistemin, burçlu sisteme kıyasla sistemde daha fazla enerjiyi muhafaza edebildiği ve nesneyi daha uzağa ve daha hızlı fırlatabildiği anlamına gelir. Verimlilikteki fark yaklaşık %8 olup, şanzıman çıkışında 300 RPM'lik bir fark söz konusuydu.
Aynı kurulumla, fırlatıcının normal dönüşü sırasında motorlardan birinin akım çekişini ölçtük. Tıpkı son testte olduğu gibi, aynı kurulumla bir testi burçlarla, diğerini de rulmanlarla yaptık. Burç tabanlı fırlatıcının yön tabanlı fırlatıcının iki katından fazla akım çekmesiyle akım çekişindeki fark önemliydi. Bu, zaman içindeki mevcut çekişin grafiğidir.
Son olarak, bu makalede daha önce tartışılan volanların etkisini göstermek için, 3 diski çalıştırırken motorlardan birinin devir sayısını takip eden bir test gerçekleştirdik. Bir testte volan yoktu, diğerinde iki volan vardı. Bu grafik:
Bu grafikte görebileceğimiz birkaç önemli şey var:
- RPM düşüşü (hedef RPM (600) ile atıştan hemen sonraki en yavaş RPM arasındaki fark) 2 volanla yapılan testte önemli ölçüde azaldı. 0 volanlı testlerde ~150 RPM düşüşü bulunurken, 2 volanlı testte ~75 RPM düşüşü vardı.
- Toparlanma Süresi (fırlatıcının hedef RPM'ye (600) geri dönmesi için geçen süre) 2 volanla yapılan testte önemli ölçüde azaldı. Makalede daha önce tartışıldığı gibi, toplam enerjinin daha düşük bir oranı başlatılan diske aktarıldığı için bu mantıklıdır.
- Genel fırlatma süresi, atış başına ~%40 oranında kısaltıldı ve 2 volanlı test için genel olarak.
Sonuçlar
- Fırlatıcıları dönme enerjileri açısından düşünmek en kolay yoldur ve fırlatma, bu dönme enerjisinin fırlatılan nesneye aktarılmasıdır.
- Volanlar, fırlatıcınızdaki dönme enerjisini artırarak nesneleri daha uzağa fırlatmanıza olanak tanır. Yeni V5 Volan Ağırlığı, VRC ve V5 ekosistemindeki volan seçeneklerini açar.
- Üretim süreci sırasında oluşan asimetrik dengeyi azaltmak için V5 Volan Ağırlıklarının birbirine göre bağlanması gerekebilir.
- Yataklar ve burçlar, sürtünmeden kaynaklanan ısı nedeniyle fırlatıcınızdan enerji "sızdırır". Geleneksel yatak düzlükleri (burçlar) yerine yeni yüksek mukavemetli yatakların kullanılması, fırlatıcınızda daha yüksek bir azami hız elde etmenize ve fırlatıcı motorlarınızın sürekli akım çekişini azaltmanıza olanak sağlayabilir. Bu, motorlarınızı daha soğuk tutarken fırlatma sisteminizdeki enerjiyi artırır.