Циклоноидната скоростна кутия

По принцип циклоидната скоростна кутия е скоростна кутия, която използва циклоидно движение, за да извършва въртеливото си движение. Това е много проста и ефикасна конструкция, която може да се използва в различни приложения. Циклоидната скоростна кутия често се използва в приложения, които изискват движение на тежки товари. Тя има няколко предимства пред планетарната скоростна кутия, включително способността си да се справя с по-големи товари и по-високи скорости.

Динамични и инерционни ефекти на циклоидна скоростна кутия

Проведени са няколко изследвания върху динамичните и инерционни ефекти на циклоидна скоростна кутия. Някои от тях се фокусират върху принципите на работа, докато други се фокусират върху математическия модел на скоростната кутия. Тази статия разглежда математическия модел на циклоидна скоростна кутия и сравнява нейните характеристики с реални измервания. Важно е да има подходящ математически модел за проектиране и управление на циклоидна скоростна кутия. Циклоидната скоростна кутия е двустепенна скоростна кутия с циклоиден диск и зъбно колело, което се върти около собствената си ос.
Математическият модел е съставен от повече от 1,6 милиона елемента. Всяка двойка зъбни колела е представена от редуциран модел с 500 собствени моди. Собствената честота за цилиндричното зъбно колело е 70 kHz. Модално редуцираният модел е подходящ за циклоидната скоростна кутия.
Математическият модел е валидиран с помощта на софтуера ABAQUS. Циклоиден диск е дискретизиран, за да се получи много фин модел. Той изисква 400 елементарни точки на зъб. Той е проверен и с помощта на статичен метод на крайните елементи (FEA). Този модел е използван за моделиране на сцеплението на зъбните колела във всички квадранти. Това е нов подход за моделиране на сцеплението в циклоидна скоростна кутия. Доказано е, че дава резултати, сравними с тези на EMBS модела. Резултатите са съпоставени и с еластичния многотелен симулационен модел. Това е добро съответствие за контактните сили и величината на циклоидния зъбен диск. Установено е също, че точността на предаване между циклоидния зъбен диск и зъбния венец е около 98.5%. Тази стойност обаче е по-ниска от точността на предаване на двойката зъбни венци. Грешката на предаване на коригирания модел е около 0.3%. Точността на предаване е по-малка поради по-малката степен на еластична деформация по страните на зъбите.
Важно е да се отбележи, че най-точните контактни сили за всеки зъб на циклоидна скоростна кутия не са плавни. Контактната сила върху единичен зъб започва с линейно покачване и след това завършва с рязък спад. Тя не е толкова плавна, колкото контактната сила върху точков контакт, поради което е сравнена с контактната сила върху елипсовиден контакт. Контактът върху елипсовиден контакт обаче все още е относително малък и EMBS моделът не е в състояние да улови това.
МКЕ моделът за циклоидния диск е около 1,6 милиона елемента. Най-важната част от МКЕ модела е дискретизацията на циклоидния диск. Много е важно дискретизацията на циклоидния зъбен диск да се извърши много внимателно поради високата степен на вибрации, на които е подложен. Циклоидният диск трябва да бъде дискретизиран фино, така че резултатите да са сравними с тези на статичен МКЕ. Моделът трябва да бъде възможно най-точният, за да може точно да се симулират контактните сили между циклоидния диск и зъбния венец.

Кинематика на циклоидно задвижване

Използвайки произволна координатна система, можем да наблюдаваме движението на компонентите в циклоидна скоростна кутия. Наблюдаваме, че циклоидният диск се върти около неподвижни щифтове в кръг, докато ведомият вал се върти около ексцентриковия гърбичен механизъм. Освен това виждаме, че входният вал е монтиран ексцентрично спрямо търкалящия лагер.
Наблюдаваме също, че циклоидният диск се върти независимо около ексцентричния лагер, докато валът на ведомото се върти около ос на симетрия. Можем да заключим, че циклоидният диск играе ключова роля в кинематиката на циклоидната скоростна кутия.
За да изчислим ефективността на циклоидния редуктор, използваме модел, базиран на нелинейната твърдост на контактите. В този модел нелинейността на контакта се определя от нелинейността на силата и деформацията в контакта. Показахме, че ефективността на циклоидния редуктор се увеличава с увеличаване на натоварването. Освен това, ефективността зависи от скоростта на плъзгане и деформациите на нормалното натоварване. Тези фактори се считат за ключови променливи за определяне на ефективността на циклоидното задвижване.
Също така разглеждаме ефективността на циклоидния редуктор с входящия въртящ момент и входната скорост. Можем да изчислим ефективността, като разделим нетния въртящ момент в зъбното колело на изходния въртящ момент. Ефективността може да се регулира, за да отговаря на различните работни условия. Ефективността на циклоидното задвижване се увеличава с увеличаване на натоварването.
Циклоидната скоростна кутия е многостепенна скоростна кутия с малък и голям вал. Тя има 19 зъба и месингови шайби. Външните дискове се движат противоположно на средния диск и са изместени на 180 градуса. Средният диск е два пъти по-масивен от външния диск. Циклоидният диск има девет лоба, които се движат с един лоб на оборот на задвижващия вал. Броят на щифтовете в диска трябва да е по-малък от броя на щифтовете в околните щифтове.
Входният вал задвижва ексцентричен лагер, който е способен да предава мощността към изходния вал. Освен това, входният вал прилага сили към циклоидния диск чрез междинния лагер. След това циклоидният диск се придвижва на стъпки от 360 градуса/завъртане/ролка. Щифтовете на изходния вал се движат в отворите, за да накарат изходния вал да се върти непрекъснато. Входният вал прилага синусоидално движение, за да поддържа постоянна скорост на основния вал. Тази синусоида причинява малки корекции на ведомия вал. Силите, приложени към вътрешните втулки, са част от равновесния механизъм.
Освен това, можем да наблюдаваме, че циклоидното задвижване е способно да предава по-голям въртящ момент от планетарното зъбно колело. Това се дължи на по-голямата аксиална дължина на циклоидното зъбно колело и по-малкия диаметър на отвора на зъбния венец. Възможно е също така да се постигне положително съединение между неподвижния ринг и диска, което се постига чрез назъбване между неподвижния ринг и диска. Циклоидният диск обикновено е проектиран с къс циклоид, за да се минимизират силите на дисбаланс при високи скорости.

Сравнение с планетарни скоростни кутии

В сравнение с планетарните скоростни кутии, циклоидната скоростна кутия има някои предимства. Тези предимства включват: нисък хлабинен ход, по-добра товароносимост, компактен дизайн и възможност за работа в широк спектър от приложения. Циклоидната скоростна кутия стана популярна на пазара на многоосни роботи. Скоростната кутия се използва все по-често и в първични съединения и позиционери.
Циклоидната скоростна кутия е скоростна кутия, която се състои от четири основни компонента: циклоиден диск, изходен фланец, зъбно колело и неподвижен венец. Циклоидният диск се задвижва от ексцентриков вал, който се движи на 360 градуса/завъртане/ролка. Изходният фланец е неподвижен диск с щифт, който предава мощността към изходния вал. Зъбното колело е неподвижен венец, а входният вал е свързан със сервомотор.
Циклоидната скоростна кутия е проектирана за контрол на инерцията в силно динамични ситуации. Тези скоростни кутии обикновено се използват в роботиката и позиционерите, където се използват за позициониране на тежки товари. Те също така се използват често в широк спектър от промишлени приложения. Те имат по-висока плътност на въртящия момент и нисък луфт, което ги прави идеални за тежки товари.
Изходният фланец е проектиран да се справи с въртящ момент до 500 Nm. Скоростта му на въртене е по-ниска от тази на планетарната скоростна кутия, но изходният му въртящ момент е много по-висок. Проектирана е като високопроизводителна скоростна кутия и може да се използва в приложения, които изискват високи предавателни числа и висока плътност на въртящия момент. Циклоидната скоростна кутия е също по-евтина и има по-малък луфт. Циклоидната скоростна кутия обаче има недостатъци, които трябва да се вземат предвид при проектирането на скоростна кутия. Основният проблем са вибрациите.
В сравнение с планетарните скоростни кутии, циклоидните скоростни кутии имат по-малък общ размер и са по-евтини. Освен това, циклоидната скоростна кутия има голямо предавателно число в една степен. Като цяло, циклоидните скоростни кутии имат една или две степени, като третата степен е по-рядко срещана. Циклоидната скоростна кутия обаче не е единственият тип скоростна кутия с този тип конфигурация. Често срещана е и планетарна скоростна кутия с една степен.
Съществуват няколко различни вида циклоидни скоростни кутии и те често се наричат ​​циклоидни редуктори на скоростта. Тези скоростни кутии са предназначени за всяка индустрия, която използва сервомотори. Те са по-къси от планетарните скоростни кутии и са с по-голям диаметър за същия въртящ момент. Някои от тях се предлагат и с предавателно число по-ниско от 30:1.
Циклоидната скоростна кутия може да бъде добър избор за приложения, където има високи скорости на въртене и високи изисквания за въртящ момент. Тези скоростни кутии са също по-компактни от планетарните скоростни кутии и са подходящи за приложения с висок въртящ момент. Освен това те са по-здрави и могат да се справят с ударни натоварвания. Те също така имат нисък хлабинен ход и по-високо ниво на точност и прецизност на позициониране. Те се използват и в широк спектър от приложения, включително индустриална роботика.

editor by CX 2023-04-20