Ciklonoidni mjenjač

U osnovi, cikloidni mjenjač je mjenjač koji koristi cikloidno kretanje za obavljanje svog rotacijskog kretanja. To je vrlo jednostavan i efikasan dizajn koji se može koristiti u raznim primjenama. Cikloidni mjenjač se često koristi u primjenama koje zahtijevaju kretanje teških tereta. Ima nekoliko prednosti u odnosu na planetarni mjenjač, ​​uključujući njegovu sposobnost da podnese veća opterećenja i veće brzine.

Dinamički i inercijalni efekti cikloidnog mjenjača

Nekoliko studija je provedeno o dinamičkim i inercijalnim efektima cikloidnog mjenjača. Neke od njih se fokusiraju na principe rada, dok se druge fokusiraju na matematički model mjenjača. Ovaj rad ispituje matematički model cikloidnog mjenjača i upoređuje njegove performanse sa stvarnim mjerenjima. Važno je imati odgovarajući matematički model za projektovanje i upravljanje cikloidnim mjenjačem. Cikloidni mjenjač je dvostepeni mjenjač sa cikloidnim diskom i prstenastim zupčanikom koji se okreće oko vlastite ose.
Matematički model se sastoji od više od 1,6 miliona elemenata. Svaki par zupčanika predstavljen je reduciranim modelom sa 500 svojstvenih modova. Svojstvena frekvencija za cilindrični zupčanik je 70 kHz. Modalno reducirani model dobro odgovara cikloidnom mjenjaču.
Matematički model je validiran korištenjem ABAQUS softvera. Cikloidni disk je diskretiziran kako bi se dobio vrlo precizan model. Potrebno je 400 elementarnih tačaka po zubu. Također je verificiran korištenjem statičke FEA metode. Ovaj model je zatim korišten za modeliranje trenja zupčanika u svim kvadrantima. Ovo je novi pristup modeliranju trenja u cikloidnom mjenjaču. Pokazalo se da daje rezultate usporedive s onima EMBS modela. Rezultati se također podudaraju s elastičnim modelom simulacije više tijela. Ovo dobro odgovara kontaktnim silama i veličini cikloidnog diska zupčanika. Također je utvrđeno da je tačnost prijenosa između cikloidnog diska zupčanika i prstenastog zupčanika oko 98,5%. Međutim, ova vrijednost je niža od tačnosti prijenosa para prstenastog zupčanika. Greška prijenosa korigiranog modela je oko 0,3%. Tačnost prijenosa je manja zbog manje količine elastične deformacije na bokovima zuba.
Važno je napomenuti da najtačnije kontaktne sile za svaki zub cikloidnog mjenjača nisu glatke. Kontaktna sila na pojedinačnom zubu počinje linearnim porastom, a zatim završava oštrim padom. Nije tako glatka kao kontaktna sila na tačkastom kontaktu, zbog čega je upoređena sa kontaktnom silom na eliptičnom kontaktu. Međutim, kontakt na eliptičnom kontaktu je i dalje relativno mali, a EMBS model nije u stanju da to obuhvati.
FE model za cikloidni disk sastoji se od oko 1,6 miliona elemenata. Najvažniji dio FE modela je diskretizacija cikloidnog diska. Veoma je važno da se diskretizacija cikloidnog zupčanog diska izvrši vrlo pažljivo zbog visokog stepena vibracija koje doživljava. Cikloidni disk mora biti fino diskretiziran kako bi rezultati bili uporedivi sa rezultatima statičke FEA analize. Mora biti što precizniji model kako bi se mogle precizno simulirati kontaktne sile između cikloidnog diska i zupčanog venca.

Kinematika cikloidnog pogona

Koristeći proizvoljni koordinatni sistem, možemo posmatrati kretanje komponenti u cikloidnom mjenjaču. Primjećujemo da se cikloidni disk okreće oko fiksnih klinova u krugu, dok se osovina pratilice okreće oko ekscentričnog grebena. Osim toga, vidimo da je ulazna osovina ekscentrično montirana u odnosu na kotrljajući ležaj.
Također primjećujemo da se cikloidni disk okreće nezavisno oko ekscentričnog ležaja, dok se osovina pratioca okreće oko ose simetrije. Možemo zaključiti da cikloidni disk igra ključnu ulogu u kinematici cikloidnog mjenjača.
Za izračunavanje efikasnosti cikloidnog reduktora koristimo model koji se zasniva na nelinearnoj krutosti kontakata. U ovom modelu, nelinearnost kontakta je određena nelinearnošću sile i deformacije u kontaktu. Pokazali smo da se efikasnost cikloidnog reduktora povećava sa povećanjem opterećenja. Pored toga, efikasnost zavisi od brzine klizanja i deformacija normalnog opterećenja. Ovi faktori se smatraju ključnim varijablama za određivanje efikasnosti cikloidnog pogona.
Također uzimamo u obzir efikasnost cikloidnog reduktora s ulaznim momentom i ulaznom brzinom. Efikasnost možemo izračunati dijeljenjem neto momenta u zupčastom prstenu s izlaznim momentom. Efikasnost se može prilagoditi različitim radnim uvjetima. Efikasnost cikloidnog pogona se povećava s povećanjem opterećenja.
Cikloidni mjenjač je višestepeni mjenjač sa malim i velikim zupčanikom vratila. Ima 19 zuba i mesingane podloške. Vanjski diskovi se kreću u suprotnom smjeru od srednjeg diska i pomaknuti su za 180 stepeni. Srednji disk je dvostruko masivniji od vanjskog diska. Cikloidni disk ima devet režnjeva koji se pomiču za jedan režanj po okretu pogonskog vratila. Broj klinova u disku treba biti manji od broja klinova u okolnim klinovima.
Ulazno vratilo pokreće ekscentrični ležaj koji je u stanju prenijeti snagu na izlazno vratilo. Osim toga, ulazno vratilo primjenjuje sile na cikloidni disk kroz međuležaj. Cikloidni disk se zatim pomiče u koracima od 360 stepeni/okretanja/valjka. Klinovi izlaznog vratila se zatim kreću u otvorima kako bi se izlazno vratilo kontinuirano okretalo. Ulazno vratilo primjenjuje sinusoidno kretanje kako bi održalo konstantnu brzinu osnovnog vratila. Ovaj sinusni talas uzrokuje male promjene na pratećem vratilu. Sile primijenjene na unutrašnje čahure dio su mehanizma ravnoteže.
Osim toga, možemo primijetiti da je cikloidni pogon sposoban prenijeti veći obrtni moment od planetarnog zupčanika. To je zbog veće aksijalne dužine cikloidnog zupčanika i manjeg promjera rupe zupčanog prstena. Također je moguće postići pozitivno prianjanje između fiksnog prstena i diska, što se postiže nazubljenjem između fiksnog prstena i diska. Cikloidni disk je obično dizajniran s kratkom cikloidom kako bi se minimizirale sile neravnoteže pri velikim brzinama.

Poređenje sa planetarnim mjenjačima

U poređenju sa planetarnim mjenjačima, cikloidni mjenjač ima neke prednosti. Te prednosti uključuju: mali zazor, bolju nosivost, kompaktan dizajn i mogućnost rada u širokom rasponu primjena. Cikloidni mjenjač je postao popularan na tržištu višeosne robotike. Mjenjač se također sve više koristi u prvim zglobovima i pozicionerima.
Cikloidni mjenjač je mjenjač koji se sastoji od četiri osnovne komponente: cikloidnog diska, izlazne prirubnice, zupčanog prstena i fiksnog prstena. Cikloidni disk pokreće ekscentrično vratilo, koje se pomiče u koraku od 360 stepeni/okretanja/valjka. Izlazna prirubnica je fiksni klinasti disk koji prenosi snagu na izlazno vratilo. Zupčani prsten je fiksni prsten, a ulazno vratilo je povezano sa servomotorom.
Cikloidni mjenjač je dizajniran za kontrolu inercije u visoko dinamičnim situacijama. Ovi mjenjači se uglavnom koriste u robotici i pozicionerima, gdje se koriste za pozicioniranje teških tereta. Također se često koriste u širokom spektru industrijskih primjena. Imaju veću gustoću obrtnog momenta i mali zazor, što ih čini idealnim za teška opterećenja.
Izlazna prirubnica je također dizajnirana da podnese obrtni moment do 500 Nm. Njegova brzina rotacije je niža od planetarnog mjenjača, ali je njegov izlazni obrtni moment mnogo veći. Dizajniran je kao mjenjač visokih performansi i može se koristiti u primjenama koje zahtijevaju visoke omjere i visok nivo gustoće obrtnog momenta. Cikloidni mjenjač je također jeftiniji i ima manji zazor. Međutim, cikloidni mjenjač ima nedostatke koje treba uzeti u obzir prilikom projektovanja mjenjača. Glavni problem su vibracije.
U poređenju sa planetarnim mjenjačima, cikloidni mjenjači imaju manju ukupnu veličinu i jeftiniji su. Osim toga, cikloidni mjenjač ima veliki prenosni odnos u jednom stepenu. Općenito, cikloidni mjenjači imaju jedan ili dva stepena, pri čemu je treći stepen rjeđi. Međutim, cikloidni mjenjač nije jedini tip mjenjača koji ima ovu vrstu konfiguracije. Također je uobičajeno pronaći planetarni mjenjač sa jednim stepenom.
Postoji nekoliko različitih vrsta cikloidnih mjenjača, a često se nazivaju cikloidnim reduktorima brzine. Ovi mjenjači su dizajnirani za bilo koju industriju koja koristi servo motore. Kraći su od planetarnih mjenjača i većeg su promjera za isti obrtni moment. Neki od njih su dostupni i s omjerom manjim od 30:1.
Cikloidni mjenjač može biti dobar izbor za primjene gdje su potrebne velike brzine rotacije i visoki obrtni moment. Ovi mjenjači su također kompaktniji od planetarnih mjenjača i pogodni su za primjene s visokim obrtnim momentom. Osim toga, robusniji su i mogu podnijeti udarna opterećenja. Također imaju mali zazor i veći nivo tačnosti i preciznosti pozicioniranja. Također se koriste u širokom rasponu primjena, uključujući industrijsku robotiku.

urednik CX 2023-04-20