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:
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.
На малюнку нижче показано 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.
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 в рух шестерню 60T до веденої шестерні 12T на колесі,, коли ведуча шестерня 60T обертається один раз, ведена шестерня 12T обертається п’ять (5) разів. Це відоме як передавальне число 1:5. У цьому випадку вихідна швидкість у 5/1 разів більша, однак вихідний крутний момент становить 1/5.
Ознайомтеся з наступною графікою, щоб переглянути кожен кут передавального числа 1:5.
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 з’єднані з двигуном.
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 швидкість обертання об'єкта. Наприклад, гніздо вала розумного двигуна V5 може обертатися зі швидкістю 100 обертів на хвилину або 100 об/хв. Як пояснювалося вище, якщо використовується передавальне число 5:1, ведуча шестерня з 60 зубами обертається валом двигуна, а потім він повертає ведену шестерню з 12 зубами, 12-зубчаста шестерня обертатиметься зі швидкістю в 5 разів швидше. Використовуючи наведений вище приклад, шестерня з 12 зубцями обертатиметься зі швидкістю 500 об/хв порівняно зі 100 об/хв вала двигуна. Якщо використовується передавальне число 1:5, ведуча шестерня з 12 зубами обертається валом двигуна, а потім вона повертає ведену шестерню з 60 зубами, шестерня з 60 зубами обертатиметься зі швидкістю, що дорівнює 1/5 швидкості. Знову використовуючи наведений вище приклад, шестерня з 60 зубцями обертатиметься зі швидкістю 20 об/хв порівняно зі 100 об/хв вала двигуна.
Чому б завжди не використовувати найшвидше можливе передавальне число? Здавалося б, що швидше робот міг би рухатися, то конкурентоспроможнішим він був би. Перша причина полягає в тому, що існує верхня швидкість, на якій можна керувати функціями робота. Кілька прикладів: якщо функція полягає в тому, що робот їздить навколо, якщо колеса обертаються надто швидко, це може бути дуже важко контролювати. Якщо функцією є рука, що обертається вгору-вниз, якщо вона обертається надто швидко, нею також може бути важко керувати.
Крутний момент
Крутний момент - це сила, необхідна для обертання вантажу на відстань. Двигуни мають обмежений крутний момент. Наприклад, якщо двигун V5 Smart створює 1 Нм (Нм) крутного моменту, коли використовується передавальне число 5:1, ведена 12-зубчаста шестерня видаватиме ⅕ вхідного крутного моменту двигуна, вихід становитиме 0,2 Нм і з Передавальне число 1:5, шестерня з 60 зубцями видає в 5 разів більше крутного моменту двигуна, вихід становитиме 5 Нм
Крутний момент є другою причиною, через яку при проектуванні робота не завжди можна використовувати найшвидше передавальне число. Можливо, коли передавальне число підвищеної швидкості використовується для пришвидшення обертання коліс робота, передавальне число може перевищити наявний крутний момент від двигуна, і робот не рухатиметься так швидко або рухатиметься взагалі. Також можливо, якщо взаємодіють два роботи, які мають майже однакову конструкцію, робот із трансмісією з нижчим передавальним числом, ймовірно, зможе штовхати робота з трансмісією з вищим передавальним числом, оскільки робот із нижчим передавальним числом матиме більший крутний момент. Інший приклад: важіль може не обертатися, навіть якщо він безпосередньо прикріплений до валу, який вставляється в двигун, оскільки його обертання може перевищувати наявний крутний момент двигуна. У цьому випадку для збільшення вихідного крутного моменту двигуна та перевищення величини крутного моменту, який необхідний для обертання важеля, необхідно використовувати передавальне число для збільшення крутного моменту.
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.
Gears та інше обладнання для руху можна придбати за адресою https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.