Найпоширенішим способом запуску об’єктів за допомогою робота V5 є обертання колеса на високій швидкості, а потім подача об’єкта в колесо. У цьому документі пояснюється відповідна фізика обертової системи, що відбувається, коли об’єкт запускається, і як можна налаштувати систему для кращого запуску об’єктів.
Фізика обертових об'єктів
Енергія обертання, вимірювання енергії, що міститься в обертовому об’єкті, визначається рівнянням:
EОбертовий = 12 Iw2
- I позначає інерцію обертання (також звану «моментом інерції» або «MOI»), який є вимірюванням того, наскільки важко повернути об’єкт.
- w — це швидкість, з якою об’єкт обертається.
Це означає, що ми можемо змінити дві змінні — інерцію обертання нашої системи (I) або швидкість, з якою вона обертається (w), щоб змінити енергію обертання в нашій системі запуску.
Отже, чому ми дбаємо про обертову енергію в нашому пусковому пристрої? Закон збереження енергії стверджує, що енергія не створюється і не знищується, а лише передається. Це означає, що система запуску передасть частину своєї енергії обертання об’єкту, який ми запускаємо, і саме ця енергія змушує об’єкт запускатися в повітрі!
Об’єкт, що рухається в певному напрямку, має лінійну енергію, яка визначається рівнянням:
EЛінійний =12 mv2
- м позначає масу об'єкта
- v – це швидкість об’єкта
Це означає, що об’єкт, запущений з певною швидкістю, має задану кількість енергії. Це значення фіксоване для певної швидкості, але енергія в нашому лаунчері – ні. Енергія в нашій пусковій установці одразу після запуску буде меншою, ніж безпосередньо перед цим, через передачу енергії до запущеного об’єкта. Змінюючи енергію в нашій пусковій системі перед запуском, ми можемо змінити пропорцію енергії, що передається запущеному об’єкту, і таким чином вплинути як на те, наскільки добре пускова установка запускає об’єкт, так і на те, наскільки вона готова до запуску наступного об’єкта.
Що таке маховик?
Як згадувалося вище, один із способів змінити обертальну енергію нашого пускового пристрою – це зміна інерції обертання системи. Важливо знати дві речі: по-перше, кожен об’єкт має певне значення інерції обертання навколо осі обертання, а по-друге, інерція обертання всіх частин системи додається разом, щоб створити інерцію обертання системи. Об’єкт, який використовується для збільшення інерції обертання системи, відомий як маховик, і в екосистемі V5 існує новий VEX V5 Flywheel Weight , який робить саме це.
Вплив маховика на продуктивність системи
Головне, що потрібно зрозуміти, це те, як різні моменти інерції в системі впливають на її продуктивність.
Якщо ми збільшимо момент інерції, обертова енергія збільшиться (як показано в першому рівнянні вище). З більшою кількістю енергії в системі на певній швидкості знадобиться більше часу, щоб отримати енергію в системі, тому час обертання збільшиться. З більшим MOI падіння обертів після запуску зменшиться, і об’єкт, як правило, запускатиметься далі. Зі зменшенням моменту інерції ми отримуємо всі протилежні ефекти: енергія обертання та час розкручування зменшаться, падіння частоти обертання збільшиться, а енергія, що передається об’єкту, і те, наскільки далеко об’єкт буде рухатися, зменшаться.
| Вище МВС | Нижній МВС |
| Більше споживання струму при початковому обертанні | Нижче споживання струму при початковому обертанні |
| Менша швидкість, необхідна для запуску об'єкта на потрібну відстань | Вища швидкість потрібна для запуску об'єкта на потрібну відстань |
| Менше падіння швидкості під час запуску об'єкта (менший час між запусками) | Більше зниження швидкості під час запуску об'єкта (більше часу між запусками) |
Як використовувати маховик V5
Маховик V5 можна встановити двома різними способами. По-перше, стандартний квадратний монтажний шаблон із кроком ½ дюйма дозволяє монтувати маховик на високоміцні шестерні 48T, 60T, 72T і 84T. По-друге, стандартна шестигранна схема кріплення 1,875” дозволяє монтувати маховик на versahub, який можна встановити на високоміцний вал за допомогою versahub адаптера. На зображенні ліворуч показані отвори для кріплення на вазі V5. Червоні отвори відповідають стандартній квадратній схемі кріплення, а сині отвори — шестигранній схемі versahub.
Приклад, що показує приклад кріплення ваги маховика V5 №1.
Приклад, що показує приклад №2 кріплення ваги маховика V5.
Як і в усьому, що виготовляється, усі деталі мають допуск у своїй конструкції через невеликі, неминучі неточності у процесі виробництва. Вага маховика V5 не є винятком із цього правила, і існує ймовірність невеликої асиметрії в маховику, що призводить до вібрації. Вібрація вашого робота може послабити болти, зробити пускову установку неточною або навіть пошкодити компоненти робота. Боротися з цим можна двома способами. По-перше, якщо використовується більше ніж один маховик, маховики можна повертати відносно один одного так, щоб вони компенсували асиметричний баланс один одного. По-друге, якщо використовується лише один маховик, у невикористаний монтажний отвір можна вставити болт, щоб усунути асиметричний баланс. В обох випадках доцільно використовувати процес проб і помилок, щоб визначити, яка конфігурація найкраща.
Підшипник або втулка: що вам потрібно?
З появою високоміцного кулькового підшипникаVEX тепер мають доступ до двох різних способів підтримки обертальних систем у своїх роботах. Частина, відома як «плоска опора», насправді відома в промисловості як втулка, оскільки вона не має рухомих частин. І підшипники, і втулки працюють за рахунок зменшення тертя між обертовим валом і нерухомою опорою. Втулки — «bearing flat» або «High Strength Shaft Bearing» у VEX (у цьому документі згадуються як втулки) — створюють гладку круглу поверхню, з якою вал може контактувати. З іншого боку, підшипники містять багато маленьких кульок, які котяться, коли вал обертається. Незважаючи на зменшення тертя, ні підшипники, ні втулки не усувають його повністю. Через різну конструкцію та кілька інших факторів підшипники та втулки мають різні сильні та слабкі сторони та випадки використання.
|
|
Сильні сторони | Слабкі сторони |
| Підшипник |
|
|
| Втулка |
|
|
Якщо ми розглядаємо обертовий механізм у контексті його енергії, як ми робили раніше в цьому посібнику, підшипники або втулки постійно «витікають» енергію із системи у вигляді тепла через тертя. Проте швидкість, з якою вони це роблять, різна. Втулки втрачають енергію із системи швидше, ніж кулькові підшипники, і вплив є значним.
Ми провели серію тестів із пусковою установкою, спочатку використовуючи втулки, а потім підшипники. В обох версіях пускова установка мала 2 підшипники/втулки з приводом 600 об/хв і 2 підшипники/втулки з приводом 3600 об/хв, використовуючи два V5 Smart Motors із синіми картриджами. Різниця між підшипниками і втулками була істотною. Це графік швидкості двигуна під час нормального обертання.
Підшипники досягали значно вищої стабільної максимальної швидкості та прискорювалися швидше, ніж втулки. В контексті енергії це означає, що система з підшипниками змогла зберегти більше енергії в системі і запустити свій об’єкт далі і швидше, ніж система з втулками. Різниця в ефективності становила приблизно 8%, з різницею в 300 обертів на хвилину на виході з коробки передач.
З такою ж установкою ми виміряли споживання струму одним із двигунів під час нормального обертання пускової установки. Так само, як і в минулому випробуванні, ми провели один тест із втулками, а інший – з підшипниками, з ідентичним налаштуванням. Різниця в споживанні струму була значною, при цьому пускова установка на основі втулки споживала більш ніж удвічі більше струму, ніж пускова установка на підшипнику. Це графік поточного розіграшу в часі.
Нарешті, щоб продемонструвати вплив маховиків, про який йшлося раніше в цій статті, ми провели тест, відстежуючи оберти одного з двигунів під час запуску 3 дисків. В одному тесті не було маховиків, а в іншому було два. Ось графік:
На цьому графіку ми можемо побачити кілька важливих речей:
- Падіння обертів на хвилину — різниця між цільовими обертами на хвилину (600) і найповільнішими обертами відразу після пострілу — було значно зменшено в тесті з 2 маховиками. Тести з 0 маховиками мали падіння на ~150 обертів на хвилину, а тест із 2 маховиками — ~75 обертів на хвилину.
- Час відновлення — час, потрібний пусковій установці, щоб повернутися до цільових обертів на хвилину (600) — був значно скорочений у тесті з 2 маховиками. Це має сенс, оскільки менша частка загальної енергії передається на запущений диск, як обговорювалося раніше в статті.
- Загальний час запуску було скорочено на ~40% за один постріл і в цілому для тесту з 2 маховиками.
Висновки
- Найпростіше думати про пускові установки з точки зору їхньої обертальної енергії та запусків як передачу цієї обертальної енергії запущеному об’єкту.
- Маховики дозволяють збільшити енергію обертання в пусковій установці, дозволяючи запускати об’єкти далі. Нова V5 Flywheel Weight відкриває можливості для маховиків у VRC та екосистемі V5.
- Маховики V5 можуть бути прикріплені відносно один одного, щоб зменшити асиметричний баланс, що виникає під час виробничого процесу.
- Підшипники та втулки «витікають» енергією з пускової установки через тепло від тертя. Використання нових високоміцних підшипників замість традиційних плоских підшипників (втулок) може дозволити вам досягти вищої максимальної швидкості вашої пускової установки та зменшити постійне споживання струму двигунами вашої пускової установки. Це збільшує енергію у вашій пусковій системі, зберігаючи двигуни холоднішими.