V5 Motoruyla Dişli Oranlarının Kullanımı

VEX EDR sisteminde iki tip mahmuz dişlisi bulunur; Dişli Takımı ve Yüksek Mukavemetli Dişli Takımı (lütfenMahmuz Dişlisi Nasıl Seçilirbakınız). Bu dişliler güç aktarımını özelleştirmek, torku artırmak veya hızı yükseltmek için bir araya getirilebilir. Bu, iki veya daha fazla dişlinin, dişlilerin dişleri birbirine geçecek şekilde tahrik milleri üzerinde bir araya getirilmesiyle yapılabilir. Bir motor, dişlilerden birinin tahrik miline güç verecektir. 

Dişli Oranları 

Basit dişli oranlarında tahrik mili başına yalnızca bir dişli kullanılır. Gücü veya girişi sağlayan dişliye tahrik dişlisi denir ve döndürülen veya çıkıştan sorumlu olan dişliye tahrik dişlisi denir. Dişli oranı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

 

• Tork: Motorun robotun bileşenlerine uygulayabileceği dönme kuvveti.
• Hız: Dönme hızı, bir cismin ne kadar hızlı döndüğünü belirtir. 
• Güç Transferi: Robotun dişlilerini, tekerleklerini veya diğer mekanik bileşenlerini çalıştırmak için motordan çeşitli parçalara enerji aktarma süreci. 

1:1 Dişli Oranı 

1:1 Dişli Oranı , tahrik dişlisinin bir devir yaparak tahrik dişlisinin bir devir tamamlaması anlamına gelir. Bu dişli oranı aşağıdaki avantajları sağlar:

• Dengeli Hız ve Tork: Tahrik dişlisi ile tahrik dişlisi arasındaki oran eşit olduğundan iki dişli arasında hız veya torkta bir değişiklik olmaz. Bu denge, motorun doğal performansının yeterli olduğu uygulamalar için idealdir.
• Doğrudan Güç Aktarımı: Bu dişli oranı, motor tarafından üretilen gücün herhangi bir kayıp olmaksızın doğrudan tahrik edilen bileşene aktarılmasını sağlar.
• Basitleştirilmiş Tasarım: 1:1 dişli oranı, robotun mekanik tasarımını basitleştirerek tasarım ve yapım sürecini daha anlaşılır hale getirir.
• Öngörülebilir Performans: Giriş ve çıkış hızları aynı olduğundan robotun performansı daha öngörülebilirdir. Bu, tutarlı performansın gerekli olduğu veya görev zamanlamasının kritik önem taşıdığı görevler için avantajlı olabilir.

Aşağıdaki grafikte 1:1 Dişli Oranının bir örneği gösterilmektedir. Tahrik dişlisi ile tahrik edilen dişlinin diş sayısı aynıdır (60T). Motor, 60T tahrik dişlisini bir kez döndürerek, 60T tahrik dişlisinin bir turunu tamamlamasını sağlar. 

 

5:1 Dişli Oranı 

5:1 Dişli Oranı tahrik dişlisinin tahrik edilen dişlinin bir devrini tamamlaması için tahrik dişlisinin beş devir yapması gerektiği anlamına gelir. Bu dişli oranı aşağıdaki avantajları sağlar:

• Artırılmış Tork: Tork, motorun robotun bileşenlerine uygulayabileceği dönme kuvvetidir. Torkun artırılmasıyla robot daha ağır yükleri kaldırabilir ve nesneleri kaldırıp itmek gibi daha fazla kuvvet gerektiren görevleri gerçekleştirebilir. Tahrik dişlisinin dişli sayısı tahrik dişlisinden daha az olduğundan tork çıkışı 5 kat fazlayken hız çıkışı sadece 1/5'tir. 
• Azaltılmış Hız: Tork arttırılırken, tahrik edilen dişlinin hızı azaltılır. Daha fazla kontrol ve hassasiyet gerektiren görevlerde hızın azaltılması faydalıdır.
• Gelişmiş Motor Verimliliği: Daha yüksek dişli oranı motorun daha verimli çalışmasını sağlar. Bu dişli oranı motordaki aşınmayı azaltabilir ve motorun ömrünü uzatabilir.
• Belirli Görevler için Özelleştirme: Bu dişli oranı, robotun performans özelliklerinin özelleştirilmesine olanak tanıyan daha büyük bir dişli sistemiyle entegre edilebilir.

1:5 Dişli Oranı 

Hızı Artır (yüksek hız) - Bu tip dişli oranında amaç motordan gelen hızı, örneğin motordan tekerleğe giden hızı artırmaktır. Tahrik dişlisinin tahrik dişlisinden daha fazla dişi vardır. Örneğin, bir motor bir tekerlek üzerindeki 60T dişliyi tahrikli 12T dişliye tahrik ediyorsa, 60T tahrikbir kez döndüğünde, 12T tahrikli dişli beş (5) kez döner. Bu 1:dişli oranı olarak bilinir. Bu durumda hız çıkışı 5/1 kat fazla oluyor, ancak tork çıkışı 1/5 oluyor.

1:5 dişli oranının her açısını görmek için aşağıdaki grafiği inceleyin. 

Dişli Tren 

dişli takımı robotun bir bölümünden diğerine hareket ve güç ileten bir dizi dişliden oluşur. Dişli takımları dönme hareketinin hızını, torkunu ve yönünü değiştirir. Dişli takımları, hareketi iletmek için birbirine geçen dişlere sahip dişlilerden; dişlileri yerinde tutan ve dönmelerini sağlayan millerden; ve tüm bileşenleri yerinde tutmaya yardımcı olan mil yakalarından oluşur. Bir dişli takımının işlevleri şunlardır:

• Hız Ayarı: Dişli takımları dönme hızını artırır veya azaltır; daha küçük bir tahrik dişlisinin daha büyük bir tahrik dişlisiyle birleşmesi hızı azaltır ancak torku artırırken, daha büyük bir tahrik dişlisinin daha küçük bir tahrik dişlisiyle birleşmesi hızı artırır ancak torku azaltır.

Dişli takımları, bir motora bağlı olmayan tekerlekleri döndürmek için kullanılır. 

Özel Notlar

Zincir ve dişli sistemlerindeki oranlar dişli oranlarıyla aynı şekilde çalışır. Zincir ve dişli sistemlerinin avantajı, dişlilerin bir zincirle birbirine bağlı olması nedeniyle, birbirinden farklı mesafelerde yerleştirilebilmesidir. Ancak zincir halkaları, Yüksek Mukavemetli Dişli üzerindeki bir dişin kırılabileceği kuvvetten daha az bir kuvvetle kırılabilir. Robotun tam anlamıyla işlevsel olabilmesi için her iki kırılma tipinin de onarılması gerekecektir.

Basit bir dişli oranında, tahrik dişlisi ile tahrik edilen dişli arasına herhangi bir sayıda, herhangi bir boyutta dişli yerleştirilebilir ve bu, dişli oranını değiştirmez. Örneğin, 12T dişli, 60T tahrikli bir dişliyi tahrik eden 36T dişliyi tahrik ettiğinde, dişli oranı hala 5:1'dir; bu, 60T dişlinin doğrudan 12T dişli tarafından tahrik edilmesiyle aynıdır.

Hız

Dönme hızı, bir cismin ne kadar hızlı döndüğünü ifade eder. Örneğin, bir V5 Akıllı Motorun şaft yuvası dakikada 100 devir veya 100 RPM dönüyor olabilir. Yukarıda açıklandığı gibi, 5:1 dişli oranı kullanıldığında, motor şaftı 60 dişli bir tahrik dişlisini döndürür ve bu dişli daha sonra 12 dişli bir tahrik dişlisini döndürürse, 12 dişli dişli 5 kat daha hızlı dönecektir. Yukarıdaki örnekte 12 dişli dişlinin 500 RPM'de döneceği, motorun milinin ise 100 RPM'de döneceği görülmektedir. Eğer 1:5 dişli oranı kullanılırsa, 12 dişli bir tahrik dişlisi motor şaftı tarafından döndürülür ve ardından bu dişli 60 dişli bir tahrik dişlisini döndürür, 60 dişli dişli 1/5 oranında daha hızlı dönecektir. Tekrar yukarıdaki örneği kullanırsak, 60 dişli dişli 20 RPM'de dönerken, motor mili 100 RPM'de dönecektir. 

Peki neden her zaman mümkün olan en hızlı dişli oranı kullanılmasın? Bir robot ne kadar hızlı hareket ederse, rekabet gücünün de o kadar artacağı düşünülüyor. Birinci neden, robotun işlevlerinin kontrol edilebileceği bir üst hızın olmasıdır. Birkaç örnek vermek gerekirse, eğer robotun etrafta dolaşması gibi bir fonksiyon söz konusuysa, tekerlekler çok hızlı dönerse kontrol edilmesi çok zor olabilir. Eğer fonksiyon yukarı aşağı dönen bir kol ise, eğer çok hızlı dönerse, kontrol edilmesi de zor olabilir.

Tork

Tork, bir yükü belli bir mesafede döndürmek için gereken kuvvet miktarıdır. Motorların torku sınırlıdır. Örneğin, bir V5 Smart motor 1 Nm (Newton metre) tork üretiyorsa, 5:1 dişli oranı kullanıldığında tahrik edilen 12 dişli dişli motorun tork girişinin ⅕'ünü üretecek ve çıkış 0,2 Nm olacaktır. 1:5 dişli oranı kullanıldığında ise 60 dişli dişli motorun tork girişinin 5 katını üretecek ve çıkış 5 Nm olacaktır. 

Bir robot tasarlanırken mümkün olan en hızlı dişli oranının her zaman kullanılamamasının ikinci nedeni torktur. Bir robotun tekerleklerini daha hızlı sürmek için arttırılmış hız dişli oranı kullanıldığında, dişli oranının motordan gelen mevcut torku aşması ve robotun o kadar hızlı hareket etmemesi veya hiç hareket etmemesi mümkündür. Aynı tasarıma sahip iki robotun etkileşimi halinde, daha düşük dişli oranına sahip olan robotun, daha yüksek dişli oranına sahip olan robotu itebilmesi de mümkündür; çünkü daha düşük dişli oranına sahip robot daha fazla torka sahip olacaktır. Başka bir örnek olarak, bir kol, bir motora yerleştirilen bir şafta doğrudan bağlı olsa bile dönmeyebilir, çünkü onu döndürmek motorun mevcut torkunu aşabilir. Bu durumda motorun tork çıkışını artırmak ve kolu döndürmek için gereken tork miktarını aşmak için tork arttırıcı dişli oranı kullanılması gerekir.

V5 Akıllı Motorun hızı ve torku Motor Gösterge Paneli kullanılarak ölçülebilir

Robot Gerçekliği

Neyse ki, V5 ClawBot'un montajı için yapım talimatlarında kullanılan dişli oranları, özel robotlar tasarlamak için yeterli. Birçok aktarma organı, yeşil 200 RPM V5 Dişli Kartuşuna sahip V5 Akıllı Motor ile tekerleklerin veya palet dişlilerinin şaftlarını doğrudan tahrik ederek iyi çalışır. Ancak tasarımda motorun bulunduğu yere kule veya oyun taşı girişi gibi bir yapının yerleştirilmesi gerekiyorsa yukarıda anlatılan şekilde dişli ve zincir veya dişliler kullanılarak güç aktarımı yapılabilir. Çoğu kol için yukarıda açıklanan 7:1'lik tork artışlı dişli oranı, 12T dişliyi 200 RPM'lik bir motorla sürmek ve kola 84T tahrikli bir dişli takmak suretiyle yeterlidir. Rekabet avantajı daha da önemli hale geldikçe, hız ve tork arasında "en uygun dengeyi" bulmak daha da önemli hale geliyor. Bu, üç mevcut V5 Dişli Kartuşundan (Kırmızı: 100 RPM, Yeşil: 200 RPM, Mavi: 600 RPM) biriyle bir V5 Akıllı Motor kullanılarak ve gerekirse torku artırmak için motoru bir dişli oranıyla veya hızı artırmak için bir dişli oranıyla birleştirerek gerçekleştirilebilir.

Dişliler ve diğer hareket donanımları https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motionadresinden satın alınabilir.