Razvoj matematičkog modela mjenjača ciklona

U poređenju sa planetarnim mjenjačima, cikloidni mjenjači se često smatraju idealnim izborom za širok spektar primjena. Odlikuju se kompaktnim dizajnom koji često ima nisko trenje i visoke omjere redukcije.

Nisko trenje

Razvoj matematičkog modela cikloidnog mjenjača bio je izazov. Model je uspio prikazati utjecaj različitih geometrijskih parametara na kontaktne napone. Bio je u stanju modelirati trenje u svim kvadrantima. Bio je u stanju pokazati jasnu korelaciju između rezultata simulacije i mjerenja u stvarnim uvjetima.
Model se zasniva na novom pristupu koji omogućava modeliranje prianjanja u svim kvadrantima mjenjača. Također je u stanju prikazati struju različitu od nule u stanju mirovanja. U kombinaciji s dobrim algoritmom simulacije, model se može koristiti za poboljšanje dinamičkog ponašanja kontroliranog sistema.
Cikloidni mjenjač je kompaktni aktuator koji se koristi za industrijsku automatizaciju. Ova vrsta mjenjača pruža visoke prijenosne omjere, malo habanje i dobru torzijsku krutost. Osim toga, ima dobru otpornost na udarna opterećenja.
Model se zasniva na cikloidnim diskovima koji se spajaju sa klinovima na stacionarnom zupčastom prstenu. Rezultirajuća funkcija trenja javlja se kada rotor počne da se okreće. Također se javlja kada rotor promijeni smjer rotacije. Model ima dvije krivulje, jednu za motor i jednu za generatorski režim.
Trohoidni profil na periferiji cikloidnog diska je potreban za pravilno spajanje rotirajućih dijelova. Osim toga, profil treba biti precizno definiran. To će omogućiti ravnomjernu raspodjelu kontaktnih sila.
Model je korišten za poređenje relativnih performansi cikloidnog mjenjača sa performansama evolventnog mjenjača. Ovo poređenje ukazuje na to da cikloidni mjenjač može izdržati veće opterećenje od evolventnog mjenjača. Također je u stanju da traje duže. Također je u stanju da proizvede visoke prijenosne omjere u malom prostoru.
Korišteni model je u stanju da uhvati tačnu geometriju dijelova. Također može omogućiti bolju analizu napona.

Kompaktno

Za razliku od spiralnih zupčanika, kompaktni cikloidni mjenjači mogu pružiti veće omjere redukcije. Kompaktniji su i lakši. Osim toga, pružaju bolju tačnost pozicioniranja.
Cikloidni pogoni pružaju visoki obrtni moment i nosivost. Također su vrlo efikasni i robusni. Idealni su za primjene s velikim opterećenjima ili udarnim opterećenjima. Također se odlikuju malim zazorom i visokom torzionom krutošću. Cikloidni mjenjači dostupni su u različitim izvedbama.
Cikloidni diskovi su montirani na ekscentrično ulazno vratilo, koje ih pokreće oko stacionarnog zupčanog prstena. Zupčani prsten se sastoji od mnogo klinova, a cikloidni disk se pomiče za jedan režanj za svaku rotaciju ulaznog vratila. Izlazno vratilo sadrži valjkaste klinove, koji se okreću oko rupa u cikloidnom disku.
Cikloidni pogoni su idealni za velika opterećenja i udarna opterećenja. Imaju visoku torzijsku krutost i visoke omjere redukcije, što ih čini vrlo efikasnim. Cikloidni mjenjači imaju mali zazor i veliki obrtni moment te su vrlo kompaktni.
Cikloidni mjenjači se koriste za širok spektar primjena, uključujući brodske pogonske sisteme, CNC obradne centre, medicinsku tehnologiju i manipulacijske robote. Posebno su korisni u primjenama s kritičnom tačnošću pozicioniranja, kao što su hirurški sistemi za pozicioniranje. Cikloidni mjenjači imaju izuzetno nizak gubitak histereze i mali zazor tokom dužih perioda upotrebe.
Cikloidni diskovi su obično dizajnirani sa smanjenim cikloidnim prečnikom kako bi se minimizirale sile neuravnoteženosti pri velikim brzinama. Cikloidni pogoni također imaju minimalan zazor, visok omjer redukcije i odličnu tačnost pozicioniranja. Cikloidni mjenjači također imaju dug vijek trajanja u poređenju s drugim zupčastim pogonima. Cikloidni pogoni su vrlo robusni i nude veće omjere redukcije od spiralnih zupčastih pogona.
Cikloidni mjenjači imaju nisku cijenu i jednostavni su za štampanje. CZPT mjenjači su dostupni u širokom rasponu veličina i mogu proizvesti veliki obrtni moment na izlaznoj osi.

Visok omjer redukcije

Među dostupnim vrstama mjenjača, cikloidni mjenjač s visokim omjerom redukcije je popularan izbor u području automatizacije. Ovaj mjenjač se koristi u primjenama koje zahtijevaju precizan izlaz i visoku efikasnost.
Cikloidni zupčanici mogu pružiti veliki obrtni moment i dobro ga prenijeti. Imaju nisko trenje i mali zazor. Široko se koriste u robotskim zglobovima. Međutim, za njihovu proizvodnju potrebni su posebni alati. Neki su čak i 3D printani.
Cikloidni mjenjač je obično trostepena struktura koja uključuje ulaznu glavčinu, izlaznu glavčinu i dva cikloidna zupčanika koji se okreću jedan oko drugog. Ulazna glavčina montira pokretne klinove i valjke, dok izlazna glavčina montira stacionarni prstenasti zupčanik.
Ulazno vratilo pokreće ekscentrični ležaj. Disk se zatim gura prema zupčastom prstenu, što uzrokuje njegovu rotaciju oko ležaja. Kako se disk okreće, klinovi na zupčastom prstenu pokreću klinove na izlaznom vratilu.
Ulazno vratilo se okrene maksimalno devet okreta, dok se izlazno vratilo okrene tri okreta. To znači da se ulazno vratilo mora okrenuti preko jedanaest miliona puta prije nego što se izlazno vratilo može okretati. Izlazno vratilo se također okreće u suprotnom smjeru od ulaznog vratila.
U dvostepenom diferencijalnom cikloidnom reduktoru brzine, ulazno vratilo koristi dizajn radilice. Radilica spaja prvi i drugi cikloidni zupčanik i istovremeno ih aktivira.
Prva faza je cikloidni disk, koji predstavlja profil zuba zupčanika. Ima n=7 režnjeva na svom obodu. Svaki režanj se kreće oko referentne kružnice koraka klinova. Disk se zatim kreće naprijed u koracima od 360 stepeni.
Druga faza je cikloidni disk, također poznat kao "zupčanik za mljevenje". Zupci na vanjskom zupčaniku su manji od zubaca na unutrašnjem zupčaniku. To omogućava smanjenje brzine zupčanika na osnovu broja zubaca.

Kinematika

Razni naučnici su proučavali kinematiku cikloidnog mjenjača. Razvili su različite pristupe za modifikaciju profila zuba cikloidnih zupčanika. Neki od ovih pristupa uključuju promjenu oblika cikloidnog diska i promjenu položaja centra brusnog točka.
Ovaj rad opisuje novi pristup modifikaciji profila cikloidnog zupčanika. Zasnovan je na matematičkom modelu i uključuje nekoliko važnih parametara kao što su ugao pritiska, zazor i zazor korijena. Studija nudi novi način modifikacije dizajna cikloidnih zupčanika u preciznim reduktorima za robote.
Ugao pritiska profila zuba je ugao presjeka između normalnog smjera i smjera brzine u tački spajanja. Raspodjela ugla pritiska je važna za određivanje performansi prijenosa sile zuba zupčanika u spajanju. Trend raspodjele može se dobiti izračunavanjem jednačine (5).
Matematički model za modifikaciju profila zuba može se dobiti uspostavljanjem odnosa između raspodjele ugla pritiska i funkcije modifikacije. Zavisna varijabla je modifikacija DL, a nezavisna varijabla je ugao pritiska a.
Položaj referentne tačke A je glavni faktor u dizajnu modifikacije. On osigurava optimalne performanse prijenosa sile segmenta spajanja. Određen je najmanjim uglom pritiska profila. Položaj također ovisi o vrsti zupčanika koji se modificira. Na njega utječe i zazor zuba.
Matematički model koji upravlja raspodjelom ugla pritiska razvijen je sa DL=f(a). To je segmentna funkcija koja određuje raspodjelu ugla pritiska profila zuba. Može se izraziti i kao DL=ph.
Ugao pritiska zuba je takođe ugao između zajedničkog normalnog pravca u tački spajanja i pravca brzine rotacije cikloidnog zupčanika.

Planetarni mjenjači u odnosu na cikloidne mjenjače

Generalno, postoje dvije vrste mjenjača koji se koriste za primjenu u kontroli kretanja: cikloidni mjenjač i planetarni mjenjač. Cikloidni mjenjači se koriste za visokofrekventna kretanja, dok su planetarni mjenjači pogodni za primjene niskih brzina. Oba su visoko tačni i precizni mjenjači koji su sposobni za rukovanje teškim opterećenjima pri visokim brzinama ciklusa. Ali imaju različite prednosti i nedostatke. Dakle, inženjeri moraju odrediti koja vrsta mjenjača je najprikladnija za njihovu primjenu.
Cikloidni mjenjači se često koriste u industrijskoj automatizaciji. Pružaju odlične performanse s prijenosnim omjerima i do 10:1. Nude kompaktniji dizajn, veću gustoću obrtnog momenta i veću zaštitu od preopterećenja. Također zahtijevaju manje prostora i jeftiniji su od planetarnih mjenjača.
S druge strane, planetarni mjenjači su lagani i nude veću gustoću obrtnog momenta. Također su sposobni za rukovanje većim omjerima. Imaju duži vijek trajanja i precizniji su i izdržljiviji. Mogu se naći u različitim stilovima, uključujući dizajne s kvadratnim, okruglim i dvostrukim okvirom. Nude širok raspon mogućnosti obrtnog momenta i brzine i koriste se za brojne primjene.
Cikloidni mjenjači mogu se proizvoditi s različitim vrstama cikloidnih bregastih osovina, uključujući jednostruke ili složene cikloidne bregaste osovine. Cikloidne bregaste osovine su cilindrični elementi koji imaju pratioce bregastih osovina koje se rotiraju ekscentrično. Pratioci bregastih osovina djeluju poput zuba na unutrašnjem zupčaniku. Cikloidne bregaste osovine su jednostavan koncept, ali imaju brojne prednosti. Imaju mali zazor tokom dužih vremenskih perioda, što omogućava preciznije pozicioniranje. Također imaju unutrašnja tlačna naprezanja i faktor preklapanja između kotrljajućih elemenata.
Planetarne mjenjače karakteriziraju tri osnovna elementa za prijenos sile: vijenasti zupčanik, sunčani zupčanik i planetarni zupčanik. Obično su dvostepeni mjenjači. Sunčani zupčanik je pričvršćen za ulazno vratilo, koje je pak pričvršćeno za servomotor. Vijenasti zupčanik okreće sunčani zupčanik, a planetarni zupčanik okreće izlazno vratilo.

editor by CX 2023-05-06