Torque e Velocidade
Ao projetar transmissões de potência, existem duas grandezas interligadas que estamos tentando modificar: torque e velocidade. Torque refere-se à força rotacional aplicada a um objeto, enquanto velocidade indica a rapidez com que esse objeto gira. Na FRC, a unidade comumente usada para velocidade é Rotações Por Minuto (RPM). A unidade usada para torque é tipicamente Newton-Metro (Nm).
Velocidade e torque são grandezas inversamente proporcionais em sistemas mecânicos. Isso significa que, à medida que uma aumenta, a outra diminui, e vice-versa. Por exemplo, se a velocidade for reduzida em 4x, o torque aumentará em 4x. Isso decorre do princípio da conservação de energia: a potência de saída é a mesma que a de entrada (desconsiderando perdas como atrito); portanto, se a velocidade é reduzida por meios mecânicos, o torque deve aumentar.
Vantagem Mecânica (Mechanical Advantage)
Seção intitulada “Vantagem Mecânica (Mechanical Advantage)”Muitos sistemas mecânicos usam o princípio da conservação da energia para converter energia de uma forma para outra, produzindo forças maiores ou velocidades mais altas. A vantagem mecânica é a razão entre a força de saída e a força de entrada em um sistema — seja uma alavanca, parafuso, engrenagens ou polias, a vantagem mecânica quantifica como a força se transforma.
A razão entre o número de dentes do sistema de engrenagem/sprocket/polia de entrada e saída representa a vantagem mecânica desse sistema. Isso também é chamado de relação de transmissão (gear ratio) e é a chave para entender como atingir o torque ou a velocidade necessária a partir do torque e velocidade nominais de um determinado motor.
A relação de transmissão é tipicamente escrita no formato n1:n2. Como torque e velocidade são grandezas interligadas, a razão pode ser compreendida sob a perspectiva do torque ou da velocidade. Do ponto de vista do torque, n1 é o torque de saída para n2 torque de entrada. Do ponto de vista da velocidade, n1 é a velocidade da entrada para n2 velocidade da saída.
Um sistema tem uma relação de transmissão (gear ratio) de 4:1. Isso significa que o torque de saída é 4x o torque de entrada e que a velocidade de saída é 1/4 da velocidade de entrada.
Para uma transmissão de estágio único (apenas dois componentes de transmissão), n1 é o tamanho do componente movido (driven) para n2 tamanho do componente motor (driving).
Aplicações das Relações de Transmissão
Seção intitulada “Aplicações das Relações de Transmissão”O mecanismo de um braço precisa de RPM muito baixo, mas de muito torque para ser controlado com eficiência; portanto, uma grande redução de velocidade pode ser usada para aumentar o torque. Isso varia com o peso e o comprimento do braço, mas pode ir de 30:1 até 200:1.
Rodas de shooter ou roletes de intake costumam ter pouca ou nenhuma redução e, em alguns casos, podem até precisar girar mais rápido do que a rotação livre (free speed) do motor. Nesses casos, uma multiplicação (upduction) pode ser usada para aumentar a velocidade, mas o torque de saída diminui como consequência. Multiplicações normalmente não passam muito de 1:2, pois os motores disponíveis já possuem alta velocidade e baixo torque de saída. Uma multiplicação de 1:2 dobraria a velocidade e cortaria o torque de entrada pela metade.
Para situações que exigem maior velocidade e maior torque do que um único motor pode fornecer, adicione mais motores.