使用 VEX IQ 塑膠齒輪、鏈輪和滑輪

隨著新用戶開始組裝自己的客製化機器人設計,他們可能在某些時候希望從 VEX IQ 智慧馬達獲得更多功能。 VEX IQ 智慧馬達可能具有所有現有咬接式機器人系統中最佳的性能和感測能力。 儘管如此,使用者可能希望馬達能夠更快地移動物體,舉起更重的物體,或將機械裝置移動到遠離馬達的地方。 VEX IQ 齒輪、鏈輪和滑輪可以滿足這些要求。

齒輪 鏈輪 滑輪
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輸出/輸入比率

在討論 VEX 塑膠齒輪/鏈輪/滑輪時,會使用一些標準術語:

  • 驅動/輸入 - 這是放置在智慧型馬達強制旋轉的軸上的齒輪/鏈輪/滑輪。
  • 從動/輸出 - 這是放置在組件(例如輪子或臂)軸上的齒輪/鏈輪/滑輪,將被迫從輸入旋轉。
  • 旋轉速度 - 這是軸旋轉的速度,通常以一分鐘內旋轉的次數來衡量,也稱為每分鐘轉數 (rpm)。
  • 扭矩 - 這是使負載旋轉一定距離所需的力的大小。 例如,旋轉較長的手臂或手臂上承受的重量較大時需要更大的扭矩。 旋轉較大直徑的輪子或當輪子移動重物時也需要更大的扭矩。 扭矩通常以公制單位測量,該單位結合了力和距離,稱為牛頓米 (Nm)。

有兩個原則可以幫助使用者了解如何使用 VEX 塑膠齒輪、鏈輪和滑輪:

增加扭力: 當輸入齒輪/鏈輪/滑輪(零件)的直徑小於輸出零件時,這將增加系統的輸出扭力。 然而,它會成比例地降低系統的輸出轉速。 換句話說,如果馬達無法抬起手臂,則馬達需要具有較小的部件來驅動臂軸上的較大部件。

齒輪增加扭矩 鏈輪增加扭矩 皮帶輪增加扭矩
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增加速度: 當輸入部件的直徑大於輸出部件的直徑時,這將增加系統的輸出轉速。 然而,它會成比例地降低系統的輸出扭力。 例如,如果使用者希望輪子旋轉得比馬達旋轉得快,則馬達需要有一個較大的組件來驅動輪軸上較小的組件。

齒輪增加速度 鏈輪增速 滑輪增速
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這些關係的數量可以透過輸出/輸入比率來計算。 這是:

  • 輸出齒輪齒數/輸入齒輪齒數得出扭力齒輪比。
  • 輸出鏈輪齒數/輸入鏈輪齒數得出扭力鏈輪比。
  • 輸出皮帶輪的直徑/輸入皮帶輪的直徑得出扭力皮帶輪比。

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VEX 塑膠齒輪比(60 齒、36 齒、12 齒)

輸出齒輪 輸入齒輪 齒輪比 100 RPM 馬達輸入輸出 0.4 Nm 馬達輸入輸出
60顆牙齒 12顆牙齒 5:1 20轉/分 2.0牛頓米
36顆牙齒 12顆牙齒 3:1 33轉/分鐘 1.2牛頓米
60顆牙齒 36顆牙齒 5:3 60轉/分鐘 0.67牛頓米
36顆牙齒 60顆牙齒 3:5 167轉/分鐘 0.24奈米
12顆牙齒 36顆牙齒 1:3 300轉/分 0.13牛頓米
12顆牙齒 60顆牙齒 1:5 500轉/分鐘 0.08奈米

附加包中提供 24 齒和 48 齒齒輪)

 

從上面的 VEX 塑膠齒輪比圖表可以明顯看出,齒輪比可以顯著改變智慧馬達的輸出轉速和輸出扭力。 重要的是要認識到,在使用輸出/輸入比率時,這些比率沒有考慮機器人系統中的摩擦和其他因素。

例如,為傳動系統建造 1:5 的齒輪比可能很誘人,這樣機器人就會移動得非常快(500 rpm)。 有幾個因素導致這種做法不切實際。 首先,60 齒齒輪比標準 200 毫米行走輪更大,因此齒輪將使車輪離開地面。 此外,輸出扭力非常小(0.08 Nm),智慧馬達可能無法移動輪子/機器人。 即使可以使用這個比率,如果機器人以正常速度的五倍移動,也將很難控制。

此範例說明了在使用輸出/輸入比時,目標是如何找到扭力和速度之間的「最佳點」平衡。 確保組件適合機器人的設計也很重要。

VEX塑膠鏈輪有五種不同尺寸的鏈輪(8齒鏈輪、16齒鏈輪、24齒鏈輪、32齒鏈輪、40齒鏈輪)可以組合。 VEX 塑膠滑輪有四種可用尺寸(10 毫米、20 毫米、30 毫米、40 毫米)。

電力傳輸

VEX 塑膠齒輪、鏈輪和滑輪也可用於動力傳輸。 當設計不允許智慧型馬達直接驅動車輪或其他組件的軸時,就需要這樣做。 在這種情況下,輸入和輸出齒輪/鏈輪/滑輪的尺寸相同,因此扭力或轉速不會改變。 這通常稱為 1:1 比率。

這方面的一些例子可能包括:

  • 傳動系統可以透過智慧型馬達直接驅動一個車輪來為一側的兩個車輪提供動力,並透過將它們與 1:1 的鏈輪和鏈條連接在一起來為另一個車輪提供動力。
  • 傳動系統可以具有串聯的 3 個齒輪(或任何其他奇數),並且具有連接到第一個齒輪的輪子和連接到最後一個齒輪的輪子。 如果所有齒輪的尺寸相同,則馬達可以驅動任一齒輪。

請注意,在傳動系統中使用齒輪時,車輪之間的齒輪數量必須為奇數。 這是因為當一個齒輪驅動另一個齒輪時,它們會以相反的方向旋轉。 輪子之間的齒輪數量為偶數將使兩個輪子相互轉動。

動力傳動鏈輪 動力傳輸齒輪
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決定使用哪個組件:齒輪、鏈輪或滑輪

有許多因素決定是否齒輪、鏈輪。 或 滑輪應與機器人設計一起使用。 其中一些包括:

齒輪: 齒輪是三種組件中最可靠的一種。 除非齒輪軸的支撐件之間的跨度太大,使軸能夠彎曲到足以使兩個齒輪的齒分開;對於齒輪,當輸入齒輪旋轉時,輸出齒輪也會旋轉。 但也有一些缺點:

  • 齒輪必須以彼此固定的距離排列,以便一個齒輪的齒與下一個齒輪的齒相互嚙合。
  • 齒輪需要彼此成一直線對齊。 (注意例外:將「初級」12/36/50 齒齒輪與「次級」24/48 齒輪混合。 二級齒輪需要偏移半個節距,或需要使用等長 1x 梁中額外的中間孔。
  • 如前所述,一行中的奇數個齒輪將使輸入和輸出齒輪沿相同方向旋轉,而偶數個齒輪將使輸入/輸出齒輪沿相反方向旋轉。

將「初級」12/36/60 齒齒輪與「次級」24/48 齒輪混合

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特別注意:使用齒輪比時,只需考慮輸入齒輪尺寸和最後輸出齒輪尺寸。 這兩個齒輪之間的任何齒輪僅傳遞運動,它們的尺寸對齒輪比沒有影響。

VEX 塑膠齒輪還具有冠狀齒輪,可實現齒輪之間的 90o 連接。 還有 蝸輪差速器 & 錐齒輪組 可以實現此目的。

冠狀齒輪 差速器 & 錐齒輪 蝸輪
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此外,齒輪附加套件中的 VEX 塑膠齒條齒輪將允許線性運動。

齒條
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鏈輪: 鏈輪也是不錯的選擇。 它們的軸可以以任意數量的不同節距分開,因為鏈條是由單獨的卡扣式鏈節組裝而成,這些鏈節可以按定制長度組裝在一起。 輸入鏈輪和輸出鏈輪始終以相同方向旋轉。 驅動鏈輪應至少纏繞 120o 的鏈條,否則鏈條可能會跳過鏈輪上的齒。 鏈輪也可以與坦克履帶連接在一起。

滑輪: 滑輪適用於輕負載。 它們受到可用橡膠帶長度(30mm. 40毫米。 50毫米。 60 毫米)。 與鏈輪一樣,輸入滑輪和輸出滑輪以相同方向旋轉。 滑輪系統的橡膠帶很光滑。 如果系統試圖移動的負載太大,皮帶就會打滑。 (註:可交叉橡膠帶以反轉輸出皮帶輪方向。)

無論機器人設計使用齒輪、鏈輪或滑輪,都有多種選項可以改變 VEX IQ 智慧馬達的輸出/輸入比或功率傳輸。

安全隱憂:
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夾點

確保手指、衣服、電線和其他物體不會被移動的部件夾住。

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