Tỉ số truyền là gì?
Với xe robot, có thể quy ước tỉ số truyền giảm tốc i = số vòng quay của động cơ / số vòng quay của bánh xe. Nếu i = 10, động cơ quay khoảng 10 vòng thì bánh xe quay 1 vòng.
Khi tăng tỉ số giảm tốc, bánh xe quay chậm hơn nhưng nhận mô-men xoắn lớn hơn ở cùng điều kiện làm việc của động cơ. Đây là lý do hộp số giảm tốc thường giúp xe dễ bắt đầu leo dốc hơn.
Vì sao leo dốc cần thêm mô-men xoắn?
Khi xe lên dốc, bánh chủ động phải tạo lực kéo để thắng thành phần trọng lực kéo xe xuống dốc, đồng thời vượt qua lực cản lăn và ma sát trong cơ cấu. Dốc càng lớn hoặc xe càng nặng thì lực kéo cần thiết thường càng tăng.
Mô-men xoắn cần tại bánh xe xấp xỉ bằng lực kéo cần thiết nhân với bán kính bánh. Vì vậy, với cùng tải trọng và độ dốc, bánh lớn hơn cần nhiều mô-men xoắn hơn. Khi tính toán, hãy dùng bán kính bánh thực tế và tính cả pin, khung, cảm biến vào khối lượng xe.
Tăng tỉ số truyền giúp gì và đánh đổi điều gì?
Giả sử động cơ quay 3.000 vòng/phút: với tỉ số giảm tốc 10:1, bánh quay khoảng 300 vòng/phút; với 20:1, bánh quay khoảng 150 vòng/phút. Nếu mô-men xoắn của động cơ tại điểm làm việc không đổi và bỏ qua tổn hao, phương án 20:1 cho mô-men xoắn tại bánh gấp đôi phương án 10:1.
Trong thực tế, bánh răng và ổ trục có tổn hao, còn mô-men xoắn của động cơ thay đổi theo tốc độ. Tăng tỉ số truyền quá nhiều có thể khiến xe leo dốc rất chậm. Hãy chọn theo cả lực kéo cần có lẫn tốc độ di chuyển mong muốn, thay vì chỉ tìm tỉ số lớn nhất.
Hộp số mạnh hơn không đồng nghĩa chắc chắn leo được
Bánh chỉ đẩy xe lên dốc khi còn bám mặt đường. Nếu bánh quay trơn, tăng mô-men xoắn bằng hộp số sẽ không tạo thêm lực kéo hữu ích. Lốp, bề mặt dốc và phần trọng lượng đặt lên bánh chủ động đều ảnh hưởng đến độ bám.
Ngoài ra, xe có thể bị nhấc bánh hoặc lật nếu trọng tâm quá cao hay phân bố tải không phù hợp. Trước khi đổi hộp số, hãy quan sát xe đang thiếu lực kéo, trượt bánh hay mất ổn định: mỗi hiện tượng cần một cách xử lý khác nhau.
Cách ước lượng tỉ số truyền để bắt đầu thiết kế
Bước 1: ghi lại khối lượng toàn xe, bán kính bánh và độ dốc mục tiêu. Có thể ước lượng phần lực kéo để thắng trọng lực bằng F = m × 9,81 × sin(θ), trong đó θ là góc dốc; sau đó cộng thêm phần dự phòng cho cản lăn và tổn hao.
Bước 2: nhân lực kéo ước lượng với bán kính bánh để có mô-men xoắn cần tại các bánh chủ động. Bước 3: đối chiếu với mô-men xoắn mà động cơ có thể cung cấp ở tốc độ làm việc mong muốn, rồi chọn tỉ số truyền có xét hiệu suất hộp số. Đừng thiết kế dựa trên mô-men xoắn khi động cơ bị giữ đứng yên: trạng thái này không phải điều kiện vận hành liên tục.
Kiểm tra và điều chỉnh trên mô hình
Thử xe trên một dốc thấp, chắc chắn và tăng góc dốc từng bước. Ghi lại góc dốc, tải trọng, tốc độ xe và hiện tượng xảy ra: bánh quay chậm rồi dừng, bánh trượt, hay xe bị mất thăng bằng. Ngắt nguồn nếu động cơ hoặc bộ điều khiển nóng bất thường.
Nếu bánh bám tốt nhưng xe yếu và chạy chậm lại rõ rệt, có thể cân nhắc tăng tỉ số giảm tốc hoặc giảm tải. Nếu bánh quay trơn, ưu tiên cải thiện độ bám và phân bố trọng lượng. Nếu xe leo được nhưng quá chậm, hãy xem xét giảm tỉ số truyền, với điều kiện động cơ vẫn đủ mô-men xoắn để leo dốc an toàn.
