Länktips

Kedjeteknik

Erasmis

Kugghjul

...och i sedvanlig ordning även...

The Robot Marketplace

 

 

Synkroniserat samarbete?

Tre

Tre kugghjul som griper in i varandra är en ganska vanlig bild i dagens industrialiserade samhälle, och jag antar att illustrationer av det här slaget oftast används för att visualisera hur smidigt och problemfritt saker fungerar.

Om det nu verkligen ligger till på det viset så är det ju onekligen lite lustigt, för det enda vi med bestämdhet kan veta om den här bilden, är att inget av kugghjulen kommer att kunna rotera åt något håll överhuvudtaget.

Vars man än börjar vrida, så kommer de andra två hjulen att spjärna emot för såväl kung som fosterland, och där står vi med en konstruktion så statisk att den osökt för tankarna till de leriga skyttegravarna vid första världskrigets nästan barnsligt sönderbombade västfront...

 

 

 

 

Transmission

Det finns massor av kraftfulla motorer på marknaden, men när det gäller drivningen till robotar av det här slaget, skulle jag nog ändå vilja påstå att de allra flesta har för mycket snurr, och för lite vridmoment för att de skall kunna användas rakt av. Och detta gäller för både de elektriska motorerna och förbränningsvarianterna.

Vissa motorer varvar nånting så alldeles fruktansvärt att det skulle vara i det närmaste omöjligt att manövrera roboten inom stadsplanerat område utan en markant rotationsreducerande utväxling, medan andra motorer levereras med ett så pass ynkligt vridmoment att en robot med denna kraftkälla direkt ansluten till hjulaxeln, knappast skulle orka släpa sin egen vikt över arénagolvet.

Lite förenklat skulle man kunna säga att en nedväxling på 5:1 gör att rotationshastigheten blir 5 gånger lägre, samtidigt som vridmomentet blir 5 gånger högre. En nedväxling på 25:1 innebär att rotationshastigheten divideras med 25, samtidigt som vridmomentet multipliceras med 25. Och så vidare...

Ska man vara riktigt noga så måste man naturligtvis även ta hänsyn till vilken verkningsgrad transmissionen har, men om man av någon anledning inte känner för att grotta ner sig i saker som exempelvis motstånd i lager, kugghjulens friktion emot varandra, och smörjmedlets viskositet vid den aktuella temperaturen, så kan man sammanfatta det hela med att säga att en utväxling på 25:1 helt enkelt gör att motorn orkar 25 gånger mer, och snurrar 25 gånger långsammare. 

På hobbynivå brukar det fungera alldeles utmärkt.

Motor

Ett sätt att öka kraften hos en motor är att använda sig av en kuggväxel. Just den här motorn är försedd med en fabriksmonterad kuggväxel med en ratio på 30:1, vilket i korta drag då innebär att motorn får 30 gånger högre vridmoment, samtidigt som rotationshastigheten blir 30 gånger lägre.

Med hjälp av en planetväxel med en utväxlingsratio på 256:1 kan man således få en svag, högt varvande motor att bli både stark, och ganska långsam. Och om man sedan växlar ner ytterligare med hjälp av en kedjetransmission på 3:1, så har man plötsligt en total nedväxling på 768:1.

Detta låter ju naturligtvis helt fantastiskt, men ska man nu vara riktigt noga, så måste man även ta själva transmissionens verkningsgrad i beräkning, samt det faktum att de ingående komponenterna ifråga både väger en del, samt tar en del plats i anspråk. Använder du en liten, högvarvande RC-motor till att driva en hundrakilos robot via en flerstagstransmission med en sammanlagd ratio på 768:1 så ska du inte förvänta dig att det händer speciellt mycket när du vrider på gasen. Jag skulle gissa att den absoluta merparten av den ursprungliga effekten skulle omvandlas till värme, långt innan den når själva hjulaxeln, och resultatet skulle därför bli en tämligen seg robot.

Och fördelen i form av den vikt och storlek du sparar på att använda en liten motor, skulle dessutom försvinna eftersom du har en både större och tyngre drivlina än vad du annars skulle ha behövt ha.

Som på så många andra områden i den här hobbyn, gäller det helt enkelt att försöka hitta den bästa kompromissen... :-) 

Självklart finns det undantag, men förutsatt att du nu inte tänker driva din robot med hjälp av en seg gammal ångmaskin med lågt varvtal och ett praktiskt taget obegränsat vridmoment, så kommer du med allra största sannolikhet att behöva någon form av utväxling.

Det finns många olika sätt att åstadkomma en mekanisk byteshandel mellan rotationshastighet och vridmoment, och bland de varianter som oftast brukar användas kan återfinnas både kedjetransmissioner, planetväxlar, remmar av olika slag med därtill hörande skivor, samt ett utbrett bruk av diverse kugghjul. Även snäckväxlar förekommer i viss utsträckning.

 

Hur fungerar en planetväxel?

Om information efterfrågas om hur planetväxlar egentligen fungerar, så skulle jag vilja rekommendera att tid avsättes till att i lugn och ro studera dessa YouTube-klipp:

Planetary Gears

CDX Planetary Gears

Planetary Gears - Principles of Operation

Den sista av dessa filmer kan väl kanske kännas lite gammal, och kanske rent av aningen förlegad, men jag skulle ändå vilja rekommendera att du tar dig tid att se den. Den är faktiskt riktigt bra...

 

 

 

Kedjedrift

Med tanke på alla miljoner cyklar som finns här i världen, så skulle jag nog vilja påstå att den gamla hederliga kedjetransmissionen är en av de vanligast förekommande kraftöverföringsstyperna i vårt samhälle.Kedjehjul I sin enklaste form består innovationen av en stump kedja samt ett par kedjehjul i lämpliga storlekar, men man kan också konstruera alldeles fantastiskt komplicerade växlar på detta sätt. I jämförelse med vissa andra transmissionstyper kan väl kanske kedjedriften ändå förefalla vara något primitiv, men i många fall brukar den dock fungera väldigt bra, och jag skulle vilja påstå att detta är en nog så viktig egenskap i de flesta sammanhang.

Planetväxel

Nu har vi kommit fram till en av mina favoriter, men för tillfället hade jag inte tänkt skriva så mycket om detta fenomenabla utväxlingsdon.

I exempelvis skruvdragare med olika hastighetslägen brukar det ofta vara två eller tre separata ringar för de olika stegen, varvid valet av utväxling görs genom att förskjuta någon av ringarna.

Just den här växeln har istället en gemensam ring-gear för alla stegen, och för egen del föredrar jag den lösningen. På detta sätt får man en betydligt stadigare konstruktion, samtidigt som växelns ring-gear med fördel kan användas som ytterhölje.

Small

Kugghjul

I vissa fall sitter axlarna så nära varandra att man inte har plats med någon kedja, och i andra fall har kanske konstruktören tröttnat på att leta borttappade kedjelås... Även om det finns många fördelar med kedjedrift så kan det helt enkelt finnas tillfällen då andra metoder är att föredra, och då kan så kallat "lösa kugghjul" vara ett bra alternativ.

När man skall välja kugghjul är det dock förfärligt viktigt att man kollar upp vilken modul man skall ha, och mitt tips är att man i samband med detta även kollar upp hur prisbilden ser ut. Här kan kostnaderna lätt dra iväg annars...

Snäckväxel

En annan variant är den så kallade snäckväxeln. Denna består i stort sett av en gängad stång som sitter fäst direkt på motoraxeln, samt ett kugghjul med en speciell sorts slipning, och det hela går i korthet ut på att närhelst gängstången roterar, kommer även kugghjulet att börja vridas.

Snäckväxel

Konstruktionen medger ofta en ganska stor utväxling i ett enda steg, och i många sammanhang är snäckväxeln därför ett mycket bra val, men dessvärre har dessa växlar ofta en relativt låg verkningsgrad.