Uporaba plastičnih zobnikov, verige in verižnikov ter jermeničnih koles VEX IQ

Ko novi uporabniki začnejo sestavljati lastne robotske konstrukcije po meri, bodo morda na neki točki želeli več od pametnih motorjev VEX IQ. Pametni motorji VEX IQ imajo verjetno najboljše zmogljivosti in zaznavanje med vsemi robotskimi sistemi s pritrdilnimi spoji. Kljub temu bodo uporabniki morda želeli, da motorji premikajo stvari hitreje, dvigajo težja bremena ali poganjajo mehanizme, ki so oddaljeni od motorja. Zobniki, verižniki in jermeniška kolesa VEX IQ omogočajo uresničitev teh zahtev.

Zobniki	Verižniki	Jermeniška kolesa

Razmerja izhoda in vhoda

Pri obravnavi plastičnih zobnikov, verižnikov in jermenišnih koles VEX se uporabljajo naslednji standardni izrazi:

• Pogonski/vhodni element – To je zobnik, verižnik ali jermeniško kolo, nameščeno na gred, ki jo poganja pametni motor.

• Gnani/izhodni element – To je zobnik, verižnik ali jermeniško kolo, nameščeno na gred komponente (npr. kolesa ali roke), ki jo poganja vhodni element.

• Kotna hitrost vrtenja – To je hitrost vrtenja gredi, ki se pogosto meri s številom obratov na minuto (vrt/min oziroma rpm).

• Navor – To je sila, potrebna za vrtenje bremena na določeni razdalji. Na primer, za vrtenje daljše roke ali pri večji obremenitvi roke je potreben večji navor. Večji navor je potreben tudi pri vrtenju kolesa z večjim premerom ali kadar kolo premika težje breme. Navor se pogosto meri v metričnih enotah, ki združujejo silo in razdaljo, in sicer v njutnih metrih (Nm).

Obstajata dve načeli, ki vam bosta pomagali razumeti uporabo plastičnih zobnikov, verižnikov in jermenišnih koles VEX:

Povečan navor: Kadar ima vhodni element (zobnik, verižnik ali jermeniško kolo) manjši premer od izhodnega elementa, se izhodni navor sistema poveča. Hkrati pa se sorazmerno zmanjša izhodna kotna hitrost vrtenja sistema. Z drugimi besedami: če motor ne zmore dvigniti roke, mora manjši pogonski element poganjati večji element na gredi roke. V naslednjih 3D-sestavljankah si oglejte primere povečanja navora pametnega motorja z zobniki, verižniki in jermenišnimi kolesi.

Povečanje navora z zobniki

Povečanje navora z verižniki

Povečanje navora z jermenišnimi kolesi

Povečana hitrost: Kadar ima vhodni element večji premer od izhodnega elementa, se izhodna kotna hitrost vrtenja sistema poveča. Hkrati pa se sorazmerno zmanjša izhodni navor sistema. Na primer, če želi uporabnik, da se kolo vrti hitreje, kot se vrti motor, mora večji pogonski element poganjati manjši element na gredi kolesa. V naslednjih 3D-sestavljankah si oglejte primere povečanja hitrosti pametnega motorja z zobniki, verižniki in jermenišnimi kolesi.

Povečanje hitrosti z zobniki

Povečanje hitrosti z verižniki

Povečanje hitrosti z jermenišnimi kolesi

Velikost teh razmerij je mogoče izračunati z razmerjem izhoda in vhoda, in sicer:

• Število zob izhodnega zobnika / število zob vhodnega zobnika dá prenosno razmerje zobnikov.

• Število zob izhodnega verižnika / število zob vhodnega verižnika dá prenosno razmerje verižnikov.

• Premer izhodnega jermenišnega kolesa / premer vhodnega jermenišnega kolesa dá prenosno razmerje jermenišnih koles.

Prenosna razmerja plastičnih zobnikov VEX (60 zob, 36 zob, 12 zob)

(Zobniki z 24 in 48 zobmi so na voljo v dodatnem kompletu)

Iz zgornje preglednice prenosnih razmerij plastičnih zobnikov VEX je razvidno, da lahko razmerja bistveno spremenijo izhodno kotno hitrost vrtenja in izhodni navor pametnega motorja. Pomembno je zavedati se, da razmerja izhoda in vhoda ne upoštevajo trenja in drugih dejavnikov v robotskem sistemu.

Na primer, morda se zdi mamljivo, da bi za pogonski sistem sestavili prenosno razmerje 1:5, s čimer bi se robot premikal zelo hitro (500 rpm). Obstaja pa več dejavnikov, ki to naredi neizvedljivo. Prvič, zobniki s 60 zobmi so večji od standardnih potovalnih koles s premerom 200 mm, zato bi zobnik dvignil kolo od tal. Poleg tega bi bil izhodni navor tako majhen (0,08 Nm), da pametni motor morda ne bi zmogel premakniti kolesa oziroma robota. Tudi če bi bilo to razmerje mogoče uporabiti, bi bil robot pri petkratni normalni hitrosti zelo težko obvladljiv.

Ta primer ponazarja, da je pri uporabi razmerij izhoda in vhoda cilj poiskati optimalno ravnovesje med navorom in hitrostjo. Pomembno je tudi zagotoviti, da bodo komponente ustrezale konstrukciji robota.

Plastični verižniki VEX so na voljo v petih različnih velikostih (verižnik z 8 zobmi, verižnik s 16 zobmi, verižnik s 24 zobmi, verižnik s 32 zobmi, verižnik s 40 zobmi), ki jih je mogoče med seboj kombinirati. Plastična jermeniška kolesa VEX so na voljo v štirih velikostih (10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm).

Prenos moči

Plastični zobniki, verižniki in jermeniška kolesa VEX se lahko uporabljajo tudi za prenos moči. To je potrebno, kadar konstrukcija ne omogoča, da bi pametni motor neposredno poganjal gred kolesa ali druge komponente. V tem primeru sta vhodni in izhodni element enake velikosti, zato se navor in kotna hitrost vrtenja ne spremenita. To se pogosto imenuje razmerje 1:1.

Primeri takšne uporabe so:

• Pogonski sistem lahko poganja obe kolesi na eni strani tako, da pametni motor neposredno poganja eno kolo, drugo kolo pa je z njim povezano prek verižnikov in verige v razmerju 1:1.

• Pogonski sistem ima lahko 3 zobnike (ali katerokoli drugo liho število) v nizu, pri čemer je kolo pritrjeno na prvi in kolo na zadnji zobnik. Če so vsi zobniki enake velikosti, lahko motor poganja kateregakoli od njih.

Upoštevajte, da je pri uporabi zobnikov v pogonskem sistemu pomembno imeti liho število zobnikov med kolesi. To je zato, ker se pri medsebojnem poganjanju dveh zobnikov vrtita v nasprotnih smereh. Sodo število zobnikov med kolesi bi povzročilo, da bi se obe kolesi vrteli drug proti drugemu, kar prikazuje ta animacija.

Prenos moči z verižniki	Prenos moči z zobniki

Izbira ustrezne komponente: zobniki, verižniki ali jermeniška kolesa

Pri odločanju, ali bodo v robotski konstrukciji uporabljeni zobniki, verižniki ali jermeniška kolesa, je treba upoštevati vrsto dejavnikov. Nekateri od teh so:

Kombiniranje »primarnih« zobnikov z 12/36/60 zobmi s »sekundarnimi« zobniki z 24/48 zobmi

Zobniki: Zobniki so ena najbolj zanesljivih med tremi možnimi komponentami. Dokler ni razpon med podporami gredi zobnikov prevelik in ne povzroči upogibanja gredi do te mere, da bi se zobje dveh zobnikov ločili, bo izhodni zobnik vedno sledil vhodnemu. Vendar pa obstajajo nekatere pomanjkljivosti:

• Zobnike je treba namestiti na določene medsebojne razdalje, da se zobje enega zobnika ujamejo z zobmi naslednjega.

• Zobniki morajo biti poravnani v ravni liniji. (Opomba: pri kombiniranju »primarnih« zobnikov z 12/36/50 zobmi s »sekundarnimi« zobniki z 24/48 zobmi morajo biti sekundarni zobniki zamaknjeni za pol koraka ali pa je treba uporabiti dodatno sredinsko luknjo v gredi z enako dolžino 1x).

• Kot je bilo že omenjeno, bo liho število zobnikov v nizu zagotovilo, da se vhodni in izhodni zobnik vrtita v isti smeri, sodo število pa bo povzročilo vrtenje v nasprotnih smereh.

Posebna opomba: pri uporabi prenosnega razmerja je treba upoštevati le velikost vhodnega zobnika in zadnjega izhodnega zobnika. Vsi zobniki med njima le prenašajo gibanje, njihove velikosti pa nimajo vpliva na prenosno razmerje.

Plastični zobniki VEX vključujejo tudi krožnike, ki omogočajo povezavo med zobniki pod kotom 90^°. Na voljo so tudi polžasti zobniki in komplet diferencialnih in stožčastih zobnikov, ki to omogočajo. V naslednjih 3D-sestavljankah si oglejte primere uporabe krožnikov, diferencialnih in stožčastih zobnikov ter polžastih zobnikov.

Krožniki

Diferencialni in stožčasti zobniki

Polžasti zobniki

Poleg tega plastični zobniki z ravno letvijo VEX iz dodatnega kompleta zobnikov omogočajo linearno gibanje, kot je prikazano v spodnji 3D-sestavljanki.

Zobniki z ravno letvijo

Verižniki: Verižniki so prav tako dobra možnost. Njihove gredi so lahko medsebojno oddaljene na različnih razdaljah, saj je veriga sestavljena iz posameznih členov s pritrdilnimi spoji, ki jih je mogoče sestaviti v poljubnih dolžinah. Pogonski verižnik mora biti ovit z vsaj 120^° verige, sicer lahko veriga preskoči zobe verižnika. Verižnike je mogoče med seboj povezati tudi z goseničnim trakom. Vhodni in izhodni verižnik se vedno vrtita v isti smeri, kot prikazuje ta animacija.

Jermeniška kolesa: Jermeniška kolesa so namenjena lahkim obremenitvam. Medsebojne razdalje so omejene z dolžinami razpoložljivih gumijastih jermenov (30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm). Gumijasti jermeni za sistem jermenišnih koles so gladki. Jermeni bodo zdrsnili, če bo breme, ki ga sistem poskuša premakniti, preveliko. Podobno kot pri verižnikih se vhodno in izhodno jermeniško kolo normalno vrtita v isti smeri. Kot prikazuje ta animacija, se bosta v nasprotnih smereh vrteli, če bo jermen jermenišnih koles prekrižan v obliki črke X. (Opomba: gumijaste jermene je mogoče prekrižati za obratno smer vrtenja izhodnega jermenišnega kolesa.)

Ne glede na to, ali robotska konstrukcija uporablja zobnike, verižnike ali jermeniška kolesa, je na voljo širok nabor možnosti za spremembo razmerja izhoda in vhoda ali prenos moči pametnih motorjev VEX IQ.

Varnostno tveganje:

Nevarnost stisnitve Pazite, da se prsti, oblačila, žice in drugi predmeti ne ujamejo med premikajoče se komponente.