使用 V5 电机的齿轮比

VEX EDR 系统有两种类型的正齿轮:齿轮套件和高强度齿轮套件(请参阅如何选择正齿轮)。 这些齿轮可以组装用于动力传输、增加扭矩或提高速度。 这可以通过将两个或多个齿轮在驱动轴上组装在一起以使它们的齿相互啮合来完成。 电机将为其中一个齿轮的驱动轴提供动力。

简单的齿轮比

简单的齿轮比每个驱动轴仅使用一个齿轮,可用于动力传输、增加扭矩或增加速度。 提供动力或输入的齿轮称为主动齿轮,而转动或输出的齿轮称为从动齿轮。

动力传输 - 使用这种类型的齿轮比,目标是将动力从一个位置传输到另一个位置,例如从电机传输到未直接连接到电机的车轮。 主动齿轮和从动齿轮具有相同的齿数。 例如,电机将 60 齿齿轮 (60T) 驱动到车轮上的从动 60T 齿轮。 电机转动车轮上的60T从动齿轮一次,带动60T主动齿轮转动。 这称为 1:1 比率。

增加扭矩(低速)- 使用这种类型的齿轮比,目标是增加电机的扭矩,例如从电机到手臂的扭矩。 主动齿轮的齿数比从动齿轮的齿数少。 例如,如果电机将12T齿轮驱动到手臂上的从动60T齿轮,则12T主动齿轮必须旋转5次才能使60T从动齿轮旋转一次。 这就是所谓的 5:1 比率。 扭矩输出是原来的5倍,但速度输出只有1/5。

增加速度(高速) - 使用这种类型的齿轮比,目标是增加电机的速度,例如从电机到车轮的速度。 主动齿轮的齿数比从动齿轮的齿数多。 例如,如果电机将 60T 齿轮驱动到车轮上的从动 12T 齿轮,当 60T 主动齿轮旋转一次时,12T 从动齿轮旋转五 (5) 次。 这称为 1:5 齿轮比。 在这种情况下,速度输出是5/1倍,然而,扭矩输出是1/5。

特别说明

链轮和链条系统的传动比与齿轮比的工作方式相同。 链轮和链条系统的优点是链轮可以间隔多个距离放置,因为它们是通过链条连接的。 然而,链节断裂的力量比高强度齿轮上的齿断裂的力量要小。 无论哪种类型的破损都需要修复才能使机器人充分发挥功能。

主动齿轮和从动齿轮之间可以放置任意数量、任意尺寸的齿轮,传动比简单,且不会改变传动比。 例如,12T齿轮驱动36T齿轮,36T齿轮再驱动60T从动齿轮,齿轮比仍为5:1,就像12T齿轮直接驱动60T齿轮一样。

速度

旋转速度是物体旋转的速度。 例如,V5 智能电机的轴套可以每分钟 100 转或 100 RPM 旋转。 如上所述,如果使用 5:1 的齿轮比,电机轴转动 60 齿主动齿轮,然后转动 12 齿从动齿轮,则 12 齿齿轮将以快 5 倍的速度旋转。 使用上面的示例,12 齿齿轮将以 500 RPM 的速度旋转,而电机轴的旋转速度为 100 RPM。 如果使用 1:5 的齿轮比,则电机轴转动 12 齿主动齿轮,然后转动 60 齿从动齿轮,60 齿齿轮将以 1/5 的速度旋转。 再次使用上面的示例,60 齿齿轮将以 20 RPM 的速度旋转,而电机轴的旋转速度为 100 RPM。 

那么为什么不总是使用尽可能最快的传动比呢? 机器人移动得越快,它的竞争力似乎就越大。 第一个原因是,机器人的功能控制有一个上限。 举几个例子,如果功能是机器人四处行驶,如果轮子旋转太快,则可能很难控制。 如果功能是上下旋转的手臂,如果旋转太快,也可能难以控制。

扭矩

扭矩是使负载旋转一定距离所需的力的大小。 电机的扭矩是有限的。 例如,如果 V5 Smart 电机产生 1 Nm(牛顿米)的扭矩,则当使用 5:1 齿轮比时,从动 12 齿齿轮将输出电机扭矩输入的 ⅕,输出将为 0.2 Nm,并且1:5的齿轮比,60齿齿轮将输出5倍于电机输入扭矩,输出将为5牛米。 

扭矩是设计机器人时无法始终使用尽可能最快的齿轮比的第二个原因。 当使用增速齿轮比来更快地驱动机器人的轮时,齿轮比可能会超过电机的可用扭矩,并且机器人将不会移动得那么快或根本不会移动。 如果两个具有几乎相同设计的机器人相互作用,则具有较低传动比传动系统的机器人将可能能够推动具有较高传动比传动系统的机器人,因为较低传动比的机器人将具有更大的扭矩。 另一个例子是,即使臂直接连接到插入电机的轴,也可能不会旋转,因为旋转它可能会超过电机的可用扭矩。 在这种情况下,需要使用增加扭矩齿轮比来增加电机扭矩的输出并超过旋转臂所需的扭矩量。

V5 智能电机的速度和扭矩可以使用电机仪表板进行测量

机器人现实

幸运的是,用于组装 V5 ClawBot 的构建说明所使用的齿轮比足以开始设计定制机器人。 许多动力传动系统通过使用带有绿色 200 RPM V5 齿轮箱的 V5 智能电机直接驱动车轮轴或履带链轮来正常工作。 然而,如果设计中的结构(例如塔或游戏件入口)需要放置在电机所在的位置,则可以使用如上所述的使用链轮和链条或齿轮的动力传输。 对于大多数手臂来说,通过用 200 RPM 电机驱动 12T 齿轮并将 84T 从动齿轮连接到手臂,上述 7:1 增加扭矩齿轮比就足够了。 随着竞争优势变得越来越重要,找到速度和扭矩之间的“最佳点”平衡也变得更加重要。 这可以通过使用带有三个可用 V5 齿轮箱之一(红色:100 RPM、绿色:200 RPM、蓝色:600 RPM)的 V5 智能电机来实现,并且如果需要,将电机与齿轮比相结合以增加扭矩或用于提高速度的齿轮比。

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