8.2: Передача механічної потужності
Як описувалося в Блоці 7, потужність є коефіцієнт виконаної роботи (наприклад, наскільки швидко учень може нести рюкзак, навантажений книгами вагою 15 фунтів, вгору по сходах). Потужність також може розумітися як коефіцієнт перетворення енергії (наприклад, наскільки швидко учень може перетворити хімічну енергію м'язів на механічну енергію для підйому рюкзака вгору сходами).
Передача потужності визначається як передача енергії з джерела її генерування або зберігання точку її робочого застосування. Подивіться на електрику: електрична енергія зберігається в батареї, потім передається проводами до електромотора, де перетворюється на механічну енергію роботи.
Механічна потужність може бути передана великі відстані різними способами. У даному блоці основний акцент буде зроблено на передачу механічної енергії у формі обертального руху (наприклад, якщо є введення від сторони обертання при певному моменті, що крутить, потужність якого необхідно перетворити в іншу форму на виході).
Вісь передає рух від точки до точки по осі руху. Одним із найпоширеніших прикладів цього процесу є провідна вісь автомобіля. В осях потужність передається через шпонки, шліци та багатокутні осі.
У VEX як елемент системи руху використовуються чотиристоронні багатокутні (квадратні) осі. Це означає, що вісь буде передавати крутний момент безпосередньо до будь-якого елемента з квадратним отвором, що відповідає формі осі. Квадратна вісь має заокруглені грані, що дозволяє використовувати її також у конструкціях з круглими отворами.
Ще одним способом передачі механічної потужності є зубчасті передачі (ЗП). Існуєбезліч різних зубчастих передач, що часто зустрічаються у світі.
ЦИЛІНДРИЧНІ ПРЯМОЗУБІ ПЕРЕДАЧІ:
Найбільш поширеним типом передач є прямозубі циліндричні передачі. Коли люди думають про передачу, вони представляють саме їх.
Циліндричні прямозубі шестерні передають рух між двома валами, що обертаються паралельно одна одній. Ці шестерні характеризуються формою зубів, розташованих прямо і паралельно осі, де обертаються. Ці основні форми передачі механічної потужності в системі проектування VEX Robotics Design System. Крім іншого, циліндричні прямозубі передачі зустрічаються практично у всіх існуючих у світі механізмах, від автомобілів до механізмів, що відкривають лотки DVD-плеєрів.
КОНІЧНІ ЗУБЧАТІ ПЕРЕДАЧІ:
Конічні шестерні мають форму конуса та передають потужність між валами, осі руху яких перетинаються.
Конічні передачі можуть передавати потужність між валами при різних кутах, але найбільш поширеним типом конічної передачі є передача з кутом 90 градусів, як показано на прикладі вище.
КОРОНІ ЗУБЧАТІ ПЕРЕДАЧІ:
Коронні шестерні є різновидом конічних шестерень, де зубці розташовуються перпендикулярно торцю шестерні.
Коронні шестерні можуть зачіпатися з конічними і циліндричними прямозубими шестернями (як показано в прикладі вище) таким чином, щоб рух передавалося між валами з осями, що перетинаються, обертання. .
ЧЕРВ'ЯЧІ ЗУБЧАТІ ПЕРЕДАЧІ:
Черв'якові передачі завжди складаються з черв'ячної шестерні (черв'яка) і черв'ячного колеса, що зачіплюються один з одним для передачі потужності міжперпендикулярними валами, осі обертання яких розташовуються на віддаленні один від одного.
Черв'ячна шестерня формою нагадує гвинт. При обертанні вона повертається, зачіпляючись із черв'ячним колесом. Цей тип парної передачі використовується для створення великої механічної переваги в межах малого простору. У цій парній передачі черв'ячна шестерня може спрямовувати черв'ячне колесо, але черв'ячне колесо не може керувати рухом черв'ячної шестерні. Тому черв'ячні передачі корисні у механізмах, де необхідно виключити можливість зворотного ходу.
КОСОЗУБІ ЦИЛІНДРИЧНІ ПЕРЕДАЧІ:
Косозубі шестерні нагадують формою циліндричні, але їх зуби закручені формою спіралі. Ці шестерні можуть використовуватися для передачі потужності між двома паралельними або між двома перпендикулярними осями руху, що не перетинаються.
ЕПІЦИКЛІЧНІ (ПЛАНЕТАРНІ) ЗУБЧАТІ ПЕРЕДАЧІ:
Комплект епіциклічних, або планетарних, шестерень складається з однієї або кількох планетарних шестерень (Planet), що обертаються по шестірні зовнішнього кільця і приводяться в рух центральною шестернею (Sun). Переміщаючись, планетарні шестерні зазвичай одночасно рухають водило планетарної передачі.
Цікаво те, що планетарні передачі можуть використовуватися декількома способами, при цьому різні шестерні виконуватимуть функції входів та виходів. Наприклад, центральна шестерня (Сонце) може використовуватися як вход, а водило - в якості виходу, якщо кільцева шестерня знаходиться в нерухомому положенні, або кільцева шестерня може використовуватися як вход і центральна - в якості виходу, якщо водило знаходиться в нерухомому положенні. Сумарна механічна перевага планетарноїпередачі змінюється залежно від конфігурації, що використовується.
РЕЄЧНІ ПЕРЕДАЧІ:
Рейкова передача - це передача, що монтується на прямій рейці таким чином, щоб при додатку моменту, що крутить, з боку циліндричної шестерні (шестерні зубчастої рейки) вона переміщалася лінійно.
Рейкові передачі часто використовуються для перетворення обертального руху на лінійний рух. У автомобілях даний тип передач використовується для перетворення обертального руху рульового колеса в лінійний рух ліворуч і праворуч для управління напрямом руху автомобіля. Тому тип керування автомобілем називається «рейковим».
У робототехніці змагання існує безліч застосувань рейкової шестерні для створення лінійних виконавчих механізмів для приводів.