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Quanto uma roda gira em relação a outra roda de raio diferente?

Por: ScreamingFox  

Em: 18/11/2021 21:33

Pros amigos e conhecedores (e em casos ambos) da Matemática ou Engenharia, Fisica, etc...  :3
 
 
"Se uma roda tá em contato com outra roda, e essas rodas são de diametros diferentes, qual a relação matemática entre o giro das duas rodas (levando em consideração o raio das duas rodas)..?"
 
Eu tinha feito umas engrenagens, rodas dentadas girando e fazendo as outras girarem e pa (eu ia falar "tal" mas como tem os amigos Portugueses no forum, e eu ouví falar q Portugueses costumam falar "pa" (mas acho q na decada de 1990 se falava bastante "e pá" em SP também..) tbm XD)...  
 
Aí então o q eu fiz foi quase "animar-na-unha" (aliás não muito na unha mas quase, mas foi até q rápido por incrivel q pareça XD) às rotações das rodas dentadas... O q eu fiz foi animar à "roda-dentada-principal" em 1 x por Segundo, e então às outras, girar uma multiplicação desse valor, q fui mudando à formula (usei o "Expression Controller" pra usar uma formula matemática pra girar ao invés de ficar pondo keys e tal (embora q, pra exportar pras engines (esse projeto é na Unity (embora q eu goste mais da UE4, "paciência" XD)) até girar certinho até os 2000 frames xd...
 
Mas então eu pensei, seria muito melhor animar esse tipo de peças com um script, na Unity mesmo... Isso é facil e ja fiz pra testar com os valores q já achei 'na unha' mudando os valores no Expression Controller, mas, eu se eu soubesse alguma formula matemática q me desse, por exemplo, se uma roda dentada de 1m roda 1 vez por segundo, e tem uma roda de 1/10 de metro encostada nela, quantas vezes por segundo essa roda giraria, etc...
 
Então, se tiver alguem manjado dessas coisas e pa (:3), explica aí essa relação (entre os raios das rodas e o quanto cada uma gira etc..), explica como se tivesse explicando pra uma criança.
 




@edit: Fazer alguma coisa "na unha" quer dizer fazer alguma coisa usando unicamente os meios mais simples ou menos tecnicamente elaborados (e, por isso, se tornar algo muito mais trabalhoso, como por exemplo socar à ponta de uma faca, quando há pedras no chão que daria pra usar pra bater na ponta da faca...(inclusive, será que "socar ponta de faca" é uma expressão popular em Portugal tbm?)), no caso de uma animação, é animar uma coisa mecânica complexa pondo keys XD... Aí animei no 3ds e exportei (qdo exporta animado o 3ds faz o "bake" da animação (passa a animação frame a frame de todas as coisas animadas, resultante (ou não) dos rigs e tal (nesse caso só um "expression controller" pro giro da peça))...

Lembrei do q o colega tinha falado de Petropolis... das matas, riachos e cachoeiras... deve ser muito bonito mesmo, a minha cóta é um lugar com o matinho tranquilo, onde a agua é docinha, onde o passarinho voa, e a preguiça é de boa.

  
 
A Beleza está entre a Ética e a Razão!..
HA aprendi aqui :3 bem facinho =D...

Dá pra pensar na resolução disso através do raio, do numero de dentes, ou da circunferência (q é o mesmo q o primeiro caso, na verdade, XD)...

Aí o q eu achei mais facil é pelo numero de dentes, como geralmente isso vai ser coisas de rodas dentadas mesmo (se são só cilindros um contra o outro aí é pela circunferência mesmo)...

Então, a roda dentada, dá pra fazer com cilindros ou com um box modelling... O problema de fazer com um cilindro é q vc teria q fazer a formula da circunferência pra saber quantos lados q teriam o cilindro (e então, fazer um inset e umas duas extrusões pra fazer os dentes), aí fazer esse inset (pra criar um espaço entre os dentes) e as extrusões, aí escalar em 2 eixos a cada extrusão pra fazer o formato bonitinho e tal, com um "edit poly" nos 2 objetos ao mesmo tempo (e depois convertendo pra editable poly pra colapsar o stack)...

Mas com box modelling eu achei mais pratico... No caso, seria um box bem simples, modelando 1 só dente (e o espaço entre eles (tipo o dente no meio e um pouco pra cada lado e etc..)...
Só fazer um box e dar uns connects numas linhas e subir umas faces (é bom fazer BEM low aí pq vai multiplicar muitas vezes e tal xd..) pra fazer o formato certinho do dente, e então deletar às faces das extremidades (pra dar pra dar weld nos vertices dando clone e tal).. aí então, com esse 1 dente modelado certinho (e sem as faces das extremidades/'pontas'), por o pivot do objeto num dos vertices da extremidade de um dos lados (com snaps pra vertices), e então, tbm com snaps pra vertices, clonar o objeto do dente-de-roda-dentada, e então por o quanto de dentes -1 (pq tem o original :3) vc vai querer, tornar tudo um só objeto (com attach, etc..) e usar weld (por isso q falei pra deletar às faces das extremidades e pa) nos vertices. Como o pivot foi posto na extremidade do objeto, dá pra usar o bend então com 360 pra fazer uma roda dentada :)... Aí então só dividir o numero de dentes de um pelo numero de dentes do outro pra saber à razão do giro de um girando ao outro =D... Fazendo assim achei mais facil do q com cilindros pq assim o formato do dente é mais facil de ficar perfeito :)...









@edit: Ah é, a tradição :3
A Beleza está entre a Ética e a Razão!..
Oi Fox, tudo bem?

Eu gosto muito destas questões matemáticas, quando você postou a primeira mensagem fiz algumas pesquisas para responder depois, mas dai você avisou que já tinha resolvido.

Pelo pouco que pesquisei achei que seria mais fácil fazer o cálculo relacionando a circunferência de cada engrenagem, mas pelo que você disse na segunda mensagem é mais fácil fazer pela quantidade de dentes.

Entretanto, você disse que basta dividir um pelo outro, assim, vai obter um determinado valor, mas onde este valor é aplicado?

Será usado como incremento do ângulo de rotação para as duas girarem na mesma velocidade?

Abração e tudo de bom.

André Vieira
Esse valor é aplicado em o quanto a roda vai girar (por segundo, por exemplo), assim como a razão (ratio) dos aspect ratio, etc... Escrevi bem mais da outra vez mas deu erro pra postar... Mas é isso mesmo, bem simples... (por exemplo se uma roda tem 40 dentes e outra (evidentemente menor, até pra ter o mesmo dente ou que encaixa) tem 20 dentes, a roda de 20 dentes gira 2 vezes mais rapido, ou, a roda de 40 dentes gira na metade da velocidade da outra, etc... Nesse sentido, vc pode entender "o dente" até como uma unidade de medida, ao invés de 'centimetros' por exemplo, no calculo da razão entre as circunferências...)

(ou seja, vc vai usar esse valor, basicamente, num Expression Controller. No caso mencionado acima, a roda de 40 dentes giraria 'X vezes por segundo', e a roda de 20 dentes giraria 'X-vezes-dois' vezes por segundo, etc...)



@edit: Ah é, duas coisas interessantes de se fazer desse jeito (o calculo pelo numero de dentes, e se fazer a partir de 1 dente individual, etc..) é que vc pode usar o calculo pra coisas que não necessariamente são circulares (como por exemplo correias e esteiras dentadas), e tbm que vc n precisa saber o raio/circunferência de uma ou outra peça pra elas casarem certinho (apesar q imagino q se uma das rodas tiver muito poucos dentes, possa ter problemas, mas acho q tendo uns 10 ou 12 ou mais fica certinho todas as vezes...)... Aí no caso dessas rodas dentadas da primeira imagem, usei o twist, no caso com o mesmo valor só q invertido entre um e outro, pra eles casarem certinho...
A Beleza está entre a Ética e a Razão!..
Oi Fox, tudo bem?

Este assunto é muito interessante e agora entendi perfeitamente o que você disse, pois se as duas engrenagens precisam se encaixar, os dentes necessariamente precisam ter a mesma medida, então, a quantidade de dentes com a mesma medida em torno de um cilindro ou qualquer outro objeto, vai dar a medida dele, portanto, a diferença de velocidade entre elas será o valor da divisão entre as duas quantidades de dentes.

Deste jeito dá para fazer o cálculo com engrenagens em forma de coração, por exemplo, igual o vídeo deste canal que eu acompanho e postei acima. rsrsrs

OBS: Uma coisa que gostaria muito de fazer é um Game de construção de aparelhos mecânicos no Unreal, mas tem que ter um objetivo legal e atraente, eu já pensei naqueles robôs de guerra que chamam de Mech, mas já é muito manjado, pensei em máquinas para fabricar diversos produtos, mas achei meio babaca, depois pensei em bugues para passar por diferentes terrenos e obstáculos, que achei meio legal, mas dai pensei em fazer Rovers para andar em outros planetas e colher amostras de coisas, que achei mais legal e interessante.
O jogador teria que montar o Rover inteiro a partir das peças disponíveis, fazer testes para ver se funciona e enviar na missão para valer. O que você acha?

Abração e tudo de bom.

André Vieira
Eu acho que pra uma questão de jogo sobre mecânica, os mechas ou robôs ("mecha" (pronunciando "méca") é tipo um "gundam" (um robô controlado por dentro, por um "piloto" ("gundam" é o nome de um mangá/anime famoso que popularizou bastante o conceito)) ficam difíceis de pensar numa maneira legal , pq como são coisas que não existem (ou que existem só q são altamente técnicas), então não ia ter uma coesão como por exemplo um "Car Mechanic Simulator" tem... Aí sem essa "coesão" ou "breve conexão com algo tangivel", a adesão do jogador é mais difícil de ser obtida... 
 
Mas pra por elementos do tipo, tem varios exemplos legais, por exemplo uns puzzles do Prince of Persia : The Sands of Time e outros da franquia, que usam engrenagens aí o cara tem q fazer as estripulias pra virar as engrenagens numa posição correta... Acho que umas coisas dos Zelda tem tbm essas coisas de girar engrenagens gigantes pra posição correta, etc...
 
Aí eu acho que, pra uma questão puramente de usar essas coisas (engrenagens e outras coisas de mecânica etc..) a experiência do usuário tem uma estesia muito mais pro lado técnico ou educativo, como por exemplo treinamentos (essas engrenagens da primeira imagem são pra um treinamento com o hololens e tal tá ficando bem bacana) ou jogos no limiar do educativo, como por exemplo o The Incredible Machine, que do topo da cabeça me lembrei agora nesse sentido, mas, mesmo assim, é um tanto cartunesco, e é, por natureza, um jogo de quebra-cabeça (puzzle)... Aí, no caso, isso por questão de "tradição" (ou publico-alvo), nos jogos de mecha o pessoal quer "explodir predios e matar godzillas", e não se preocupar com questões de mecânica clássica etc...
 
Teve um jogo chamado "One Must Fall : 2097", que era sobre mechas gigantes, aí o jogador fazia a manutenção do mecha entre uma luta e outra (era um game de luta 2d, tipo "Street Fighter" só q de robôs (mechas, pq tem um piloto) gigantes), mas eram, por exemplo, peças e avarias fantasiosas etc... Não lembro muito bem do jogo mas joguei um tanto até.. Mas lembro que achava enfadonha a parte de fazer a manutenção dos robôs, mas talvez seja uma coisa interessante pra vc dar uma olhada...
 
Sobre isso aí de montar aparelhos de exploração espacial, lembro que tem alguns embora que eu não lembre o nome... Mas mesmo assim, o tipo de tecnologia geralmente não é baseada tanto na mecânica, e tbm muito complexa, aí teria que dar uma "redução artística dos conceitos" pra ficar uma experiência bacana pra quem não seja um expert de física de foguetes... Mas entendí o q vc quis dizer e a idéia é bem legal, seria como um "Car Mechanic Simulator" só q espacial né?
 
Achei bem interessante essa engrenagem, parece que ela tem uma velocidade variante né e sempre tangenciando pro mesmo lado? Talvez seja interessante pra fazer um "motor linear" (um motor "não-newtoniano" que "anda" numa direção (sem empurrar nada por fora), resumidamente, similar a quando uma máquina de lavar anda XDD), pra fazer por exemplo um motor de aceleração constante pra usar no espaço ou um barco que navega sem nenhum propulsor externo etc... 
 
Mas acho q o calculo lá n ia servir pra esse formato n, até pq as rodas não andam o desenho inteiro, e tbm pq ele causa uma velocidade variavel (imagino que uma função senóide na velocidade do giro)... Mas aí essa engrenagem (a do video) é uma o inverso espelhado da outra :3.. aí nem precisa fazer o calculo, embora q eu n tenho noção de qual seria xd...

@edit: Outro tipo de engrenagem q eu n tenho noção do calculo pra fazer o formato (embora q como geralmente é pequeno acaba n sendo difícil) é aquelas espirais de redução (tem nas "televisões de cachorro" (aqueles equipamentos que giram frangos nas padarias (dá uma olhada proxima vez q topar uma "tv de cachorro", a espiral em contato com as rodas dentadas da barra onde os frangos ficam), e redurores de uso industrial etc..)... Embora q eu tenha aprendido uns 2 jeitos de modelar e tal (coisa trivial tbm..)...  
 
 
 
 
@edit: Dr.Slump e a mecânica da Vila Pinguim :3
A Beleza está entre a Ética e a Razão!..
Oi Fox, tudo bem?

Desculpe a imensa demora para responder, mas tirei um mês de "férias" do site este ano, só do site mesmo, pois trabalhei feito um animal.

Sobre o jogo de mecânica com Mecha, concordo com você, não tem como ser muito técnico, então, pensei em construir eles oferecendo partes prontas que podem ser combinadas e intercambiadas para formar Mechas diferentes e com propriedades de batalha diferentes, mas já é muito manjado.

Como você bem disse, usar engrenagens e peças mecânicas pode deixar muito técnico ou educativo igual você está fazendo em VR e estes não eram os meus objetivos, queria algo mais lúdico e divertido como você citou, igual os Puzzles de Games, mas usando engrenagens.

Enquanto estava lendo essa parte do seu comentário lembrei do The Incredible Machine e pensei em procurar imagens para te mostrar, mas logo na linha de baixo você citou ele.

Você não acha que ficaria legal um jogo no estilo do The Incredible Machine, mas em 3D e usando engrenagens e sistemas mecânicos simples com simulação física?

Gostaria de ter tempo para fazer um protótipo do que estou pensando, mas infelizmente não tenho.

Sobre o jogo para montar Rovers espaciais, certamente não faria tão técnico, o objetivo principal seria conseguir montar um carrinho que andasse bem em determinados tipos de terrenos, então, o Puzzle seria fazer uma montagem correta para poder passar por cada um dos terrenos propostos e conseguir extrarir as amostras necessárias.

Sobre a engrenagem de coração com velocidade variável, eu também achei incrível, no canal do cara tem vários vídeos legais deste tipo.

Sobre o cálculo, eu acho que daria certo se contasse apenas a área que tem dentes, cerca de 3/4 da volta, pois acredito que a variação de velocidade se deve ao formanto mais alongado de um lado em relação ao outro e não na diferença entre os dentes, porque os dentes parecem ser todos do mesmo tamanho.

Abração e tudo de bom.

André Vieira

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