Система VEX EDR має два типи циліндричних передач: Gear Kit і High Strength Gear Kit (див.Як вибрати циліндрову шестерню). Ці шестерні можна збирати для налаштування передачі потужності, збільшення крутного моменту або збільшення швидкості. Це можна зробити, зібравши разом дві або більше шестерень на приводних валах, щоб зуби шестерень зачепили один одного. Двигун буде приводити в дію ведучий вал однієї з передач.
Передаточні числа
Прості передавальні числа використовують лише одну передачу на карданний вал. Шестерня, яка забезпечує потужність або вхід, називається ведучою шестернею , а шестерня, яка обертається або відповідає за вихід, називається веденою шестернею . Передавальне число розраховується за такою формулою:
Перегляньте анімацію нижче, щоб побачити приклад ведучої шестерні та веденої шестерні однакового розміру, у цьому випадку 60 зубів та 60 зубів.
Передаточне число 1:1
Передавальне число 1: означає, що ведуча шестерня робить один оберт, щоб ведена шестерня завершила один оберт. Це передавальне число забезпечує такі переваги:
- Збалансована швидкість і крутний момент: Оскільки співвідношення між ведучою та веденою передачами однакове, немає жодних змін у швидкості чи крутному моменті між двома передачами. Цей баланс ідеальний для додатків, де достатня вихідна продуктивність двигуна.
- Пряма передача потужності: Це передавальне число гарантує, що потужність, що генерується двигуном, безпосередньо передається на ведений компонент без будь-яких втрат.
- Спрощена конструкція: Передавальне число 1:1 спрощує механічну конструкцію робота, роблячи процес проектування та складання більш простим.
- Передбачувана продуктивність: Оскільки вхідна та вихідна швидкості ідентичні, продуктивність робота більш передбачувана. Це може бути корисним для завдань, де потрібна стабільна продуктивність або де час виконання завдання є вирішальним.
Наведена нижче 3D-модель показує приклад передавального числа 1:1. Ведуча і ведена шестерні мають однакову кількість зубів (60T). Двигун обертає ведучу шестерню 60T один раз, щоб ведена шестерня 60T зробила один оберт.
Передаточне число 5:1
Передавальне число 5: означає, що ведуча шестерня повинна зробити п'ять обертів, щоб ведена шестерня зробила один оберт. Це передавальне число забезпечує такі переваги:
- Збільшений крутний момент: Крутний момент – це сила обертання, яку двигун може прикладати до компонентів робота. Збільшуючи крутний момент, робот може справлятися з більшими вантажами та виконувати завдання, які потребують більшої сили, наприклад піднімати та штовхати предмети. Ведуча шестерня має менше зубів, ніж ведена шестерня, через що вихідний крутний момент у 5 разів більший, а вихідна швидкість становить лише 1/5.
- Знижена швидкість: Коли крутний момент збільшується, швидкість веденої шестерні зменшується. Зниження швидкості корисно для завдань, які вимагають більшого контролю та точності.
- Покращена ефективність двигуна: Більше передавальне число дозволяє двигуну працювати ефективніше. Це передавальне число може зменшити знос двигуна та подовжити термін служби двигуна.
- Налаштування для конкретних завдань: Це передавальне число можна інтегрувати з більшою системою передач, що дозволяє налаштовувати робочі характеристики робота.
Перегляньте анімацію та 3D-модель нижче, щоб побачити приклади набагато меншої шестерні, яка приводить у рух набагато більшу шестерню, в цьому випадку 12 та 60 зубів.
Передаточне число 1:5
Збільшення швидкості (висока швидкість) - Метою цього типу передавального числа є збільшення швидкості від двигуна, наприклад від двигуна до колеса. Ведуча шестерня має більше зубів, ніж ведена. Наприклад, якщо двигун приводить у рух шестерню 60T до веденої шестерні 12T на колесі, то коли ведуча шестерня 60T обертується один раз, ведена шестерня 12T обертується п'ять (5) разів. Це називається передавальним числом 1:5. У цьому випадку вихідна швидкість у 5/1 разів більша, однак вихідний крутний момент становить 1/5.
Перегляньте анімацію та 3D-модель нижче, щоб побачити приклади набагато більшої шестерні, яка приводить у рух набагато меншу шестерню, в цьому випадку 60 зубів та 12 зубів.
Шестерня
Шестерня складається з серії шестерень, які передають рух і силу від однієї частини робота до іншої. Зубчасті передачі змінюють швидкість, крутний момент і напрямок обертального руху. Зубчасті передачі складаються з шестерень із зубами, які зачеплюються між собою для передачі руху; вали, які утримують шестерні на місці та дозволяють їм обертатися; і комірки валу, які допомагають утримувати всі компоненти на місці. Функції зубчастої передачі включають наступне:
- Регулювання швидкості: Зубчасті передачі збільшують або зменшують швидкість обертання; менша ведуча шестерня, що зачеплюється з більшою веденою шестернею, зменшує швидкість, але збільшує крутний момент, тоді як більша ведуча шестерня, що зачеплюється з меншою веденою шестернею, збільшує швидкість, але зменшує крутний момент.
Зубчасті передачі використовуються для обертання коліс, які не підключені до двигуна, як показано на двох 3D-моделях нижче.
Особливі примітки
Передатні числа для систем зірочок і ланцюгів працюють так само, як і передавальні числа. Системи зі зірочками та ланцюгом мають перевагу в тому, що зірочки можна розмістити на кількох відстанях одна від одної, оскільки вони з’єднані ланцюгом. Однак ланки ланцюга можуть зламатися з меншою силою, ніж зуб на високоміцному механізмі. Будь-який тип поломки потрібно буде відремонтувати, щоб робот міг працювати повністю.
Будь-яку кількість шестерень будь-якого розміру можна розмістити між ведучою та веденою шестернями в простому передавальному відношенні, і це не змінить передавальне число. Наприклад, шестерня 12T приводить у рух шестерню 36T, яка приводить у рух ведену шестерню 60T, передаточне число все ще 5:1, таке саме, якби шестерня 60T приводилася безпосередньо в рух шестернею 12T.
швидкість
Швидкість обертання – це те, наскільки швидко щось обертається. Зазвичай його вимірюють в обертах за хвилину або RPM. Наприклад, вал двигуна V5 Smart може обертатися зі швидкістю 100 обертів на хвилину або 100 об/хв. Передавальне число може змінювати швидкість обертання вихідного пристрою. У цій статті передавальне число записується як ведена шестерня : ведуча шестерня.
Якщо використовується передавальне число 1:5, ведуча шестерня з 60 зубцями обертає ведену шестерню з 12 зубцями. Оскільки ведена шестерня менша, вона обертається в 5 разів швидше, ніж вал двигуна. Якщо вал двигуна обертається зі швидкістю 100 об/хв, то 12-зуба ведена шестерня обертатиметься зі швидкістю 500 об/хв.
Якщо використовується передавальне число 5:1, 12-зуба ведуча шестерня обертає 60-зубу ведену шестерню. Оскільки ведена шестерня більша, вона обертається в 5 разів повільніше, ніж вал двигуна. Якщо вал двигуна обертається зі швидкістю 100 об/хв, то 60-зуба ведена шестерня обертатиметься зі швидкістю 20 об/хв.
Це допомагає пояснити, чому найшвидше передавальне число не завжди є найкращим вибором. Швидший робот може звучати краще, але якщо колеса або рука рухаються занадто швидко, керування роботом може стати складнішим. Повільніше передавальне число може зробити рух легшим для контролю та точнішим.
Крутний момент
Крутний момент — це крутна сила, яка допомагає обертати щось, наприклад, колесо, шестерню або манипулятор робота. Двигуни можуть виробляти лише певний крутний момент. Передавальне число також може змінювати крутний момент на виході.
Якщо використовується передавальне число 1:5, ведуча шестерня з 60 зубцями обертає ведену шестерню з 12 зубцями. Це пришвидшує обертання вихідного двигуна, але також зменшує вихідний крутний момент до 1/5 від крутного моменту двигуна. Наприклад, якщо двигун видає крутний момент 1 Нм, вихідний крутний момент становитиме 0,2 Нм.
Якщо використовується передавальне число 5:1, 12-зуба ведуча шестерня обертає 60-зубу ведену шестерню. Це уповільнює обертання на виході, але збільшує вихідний крутний момент у 5 разів порівняно з крутним моментом двигуна. Наприклад, якщо двигун видає крутний момент 1 Нм, вихідний крутний момент становитиме 5 Нм.
Крутний момент — ще одна причина, чому не завжди можна використовувати найшвидше передавальне число. Якщо робот налаштований на більшу швидкість, він має менший крутний момент. Це означає, що робот може не штовхатися належним чином, не зможе підняти руку або навіть рухатися так, як ви хочете. Наприклад, робот з більшим крутним моментом може краще штовхати іншого робота. Роботизованій маніпулятору також може знадобитися більший крутний момент для підняття ігрових об'єктів або переміщення власної ваги. У таких випадках кращим вибором є передавальне число, яке збільшує крутний момент.
Швидкість і крутний момент розумного двигуна V5 можна виміряти за допомогою приладової панелі двигуна
Реальність роботів
На щастя, передавальні числа, які використовуються в інструкціях зі складання V5 ClawBot, достатні, щоб розпочати розробку нестандартних роботів. Багато силових агрегатів працюють добре, безпосередньо приводячи в рух вали коліс або гусеничні зірочки за допомогою інтелектуального двигуна V5 із зеленим 200 об/хв V5 Gear Cartridge. Однак якщо така конструкція, як вежа або вхідний отвір для ігрових предметів, потрібно розмістити там, де розташований двигун, можна використовувати передачу потужності за допомогою зірочок і ланцюга або шестерень, як описано вище. Для більшості зброї передаточне число 7:1 із збільшенням крутного моменту, пояснене вище, є достатнім шляхом приводу шестерні 12T за допомогою двигуна 200 об/хв і прикріплення веденої шестерні 84T до важеля. Оскільки конкурентна перевага стає більш важливою, пошук «найкращого» балансу між швидкістю та крутним моментом стає більш важливим. Це можна досягти за допомогою інтелектуального двигуна V5 з одним із трьох доступних редукторних картриджів V5 (червоний: 100 об/хв, зелений: 200 об/хв, синій: 600 об/хв) і, якщо необхідно, комбінуючи двигун із передавальним числом для збільшення крутного моменту або передавальне число для збільшення швидкості.
Шестерні та інше для руху можна придбати в магазині робототехніки .