Kako izračunati prijenosni omjer za cikloidni mjenjač

Korištenje cikloidnog mjenjača može biti vrlo korisno u širokom spektru situacija. Međutim, važno je razumjeti kako ga pravilno koristiti prije njegove primjene. Ovaj članak razmatra prednosti korištenja cikloidnog mjenjača, kako izračunati prijenosni omjer i kako odrediti utjecaje dinamičkih i inercijalnih sila na mjenjač.

Dinamički i inercijalni efekti

Razne studije su provedene kako bi se proučili dinamički i inercijalni efekti cikloidnih mjenjača. Ove studije su provedene korištenjem numeričkih, analitičkih i eksperimentalnih metoda. U zavisnosti od prirode opterećenja i njegove raspodjele duž zupčanika, razvijeni su različiti modeli. Ovi modeli koriste metodu konačnih elemenata za određivanje tačnih kontaktnih napona. Neki od ovih modela su razvijeni za rješavanje nelinearne elastičnosti kontakata.
Inercijalni disbalans u cikloidnom mjenjaču uzrokuje vibracije i može uticati na efikasnost uređaja. To može povećati mehaničke gubitke i povećati habanje. Efikasnost uređaja također zavisi od obrtnog momenta koji se primjenjuje na cikloidni disk. Efikasnost uređaja se povećava s povećanjem opterećenja. Slično tome, nelinearna dinamika kontakta je također povezana s povećanjem efikasnosti.
Razvijen je novi model cikloidnog reduktora za predviđanje efekata nekoliko operativnih uslova. Model se zasniva na dinamici krutog tijela i koristi nelinearni koeficijent krutosti. Model je validiran numeričkim i analitičkim metodama. Model nudi drastično smanjenje računarskih troškova. Model omogućava brzu analizu nekoliko operativnih uslova.
Glavni doprinos rada je istraživanje raspodjele opterećenja na cikloidnom disku. Proučavanje ovog aspekta je važno jer omogućava analizu rotirajućih dijelova i napona. Također pruža indikaciju o tome koji su profili zupčanika najprikladniji za optimizaciju prijenosa obrtnog momenta. Studija je provedena s različitim cikloidnim mjenjačima i korisna je u određivanju performansi različitih tipova cikloidnih mjenjača.
Kako bi proučili raspodjelu opterećenja na cikloidnom disku, autori su istražili odnos između kontaktne sile, cikloidnih mjenjača i različitih profila zupčanika. Otkrili su da nelinearna dinamika kontakta ima veliki utjecaj na efikasnost cikloidnog mjenjača. Cikloidni mjenjač je idealno rješenje za primjene koje uključuju visoko dinamične servo motore. Također se može koristiti u primjenama kod alatnih mašina i prehrambene industrije.
Studija je otkrila da postoje tri uobičajena principa dizajna cikloidnih reduktora. To su raspodjela kontaktne sile, smanjenje brzine i trohoidni profil cikloidnog diska. Trohoidni profil mora biti pažljivo definiran kako bi se osiguralo pravilno spajanje rotirajućih dijelova. Trohoidni profil daje indikaciju koji su profili zupčanika najbolji za optimizaciju prijenosa obrtnog momenta. Raspodjela kontaktne sile može se poboljšati pročišćavanjem mreže duž širine diska.
Kako se ulazna brzina povećava, povećava se i efikasnost reduktora. To je zato što se kontaktne sile stalno mijenjaju po veličini i orijentaciji. Cikloidni reduktor s razlikom od jednog zuba može smanjiti ulaznu brzinu i do 87:1 u jednom stepenu. Također ima sposobnost rukovanja kretanjem s visokim ciklusom bez povratnog udara.

Proračun prenosnog odnosa

Za izračunavanje ispravnog prijenosnog omjera za cikloidni mjenjač potrebno je dobro razumijevanje šta je mjenjač, ​​kao i proizvoda za koji se koristi. Ispravan omjer se izračunava dijeljenjem izlazne brzine izlaznog zupčanika sa ulaznom brzinom ulaznog zupčanika. To se obično postiže korištenjem štoperice. U nekim slučajevima može biti potreban katalog ili specifikacija proizvoda. Ispravan omjer se određuje kombinacijom faktora, kao što su količina obrtnog momenta primijenjenog na mehanizam, kao i veličina uključenih zupčanika.
Cikloidni zupčanik je vrsta profila zuba zupčanika koji se može predstaviti pomoću splajna. Također je moguće modelirati zupčanik sa cikloidnim profilom korištenjem splajna za povezivanje tačaka naspram početka koordinatnog sistema. Ovo je važno u dizajnu i funkcionalnosti zupčanika.
Postoji mnogo različitih zupčanika koji se koriste u mašinama i uređajima. To uključuje zupčanik u obliku riblje kosti, spiralni zupčanik i spiralni konusni zupčanik. Najbolji prijenosni omjeri se obično postižu sa cikloidnim mjenjačem. Pored toga što osigurava tačnost pozicioniranja, cikloidni mjenjač pruža odličan zazor. Cikloidni zupčanici imaju visok stepen mehaničke efikasnosti, nisko trenje i minimalni moment inercije.
Cikloidni mjenjač se često naziva planetarnim mjenjačem, iako je tehnički jednostepeni mjenjač. Pored prstenastog zupčanika, mjenjač ima ekscentrični ležaj koji pokreće cikloidni disk u ekscentričnoj rotaciji. Zbog toga je cikloidni mjenjač dobar izbor za visoke prijenosne omjere u kompaktnim dizajnima.
Cikloidni disk je ključni element cikloidnog mjenjača. Cikloidni disk ima n=9 režnjeva, a svaki režanj diska pomiče se za jedan režanj pri svakom okretu pogonskog vratila. Cikloidni disk je zatim spojen na stacionarni zupčani prsten. Reževi cikloidnog diska djeluju kao zubi na stacionarnom zupčanom prstenu.
Postoji mnogo različitih zupčanika koji se klasificiraju prema profilu zuba zupčanika. Najčešći zupčanici su evolventni i spiralni zupčanici. Većina zupčanika za kontrolu kretanja uključuje cilindrične dizajne. Međutim, postoje mnoge druge vrste zupčanika koji se koriste u različitim primjenama. Cikloidni zupčanik je jedan od složenijih zupčanika za dizajniranje. Obris cikloidnog diska može se predstaviti pomoću markera ili glatkih linija, iako će poslužiti i dijagram raspršenja.
Režnjevi cikloidnog diska rotiraju na referentnoj kružnici koraka klinova. Ovi klinovi se rotiraju za 40 stepeni tokom ekscentrične rotacije pogonskog vratila. Klinovi se rotiraju oko diska kako bi se postigla stabilna rotacija izlaznog vratila.
Druga očigledna, a možda i važnija, karakteristika cikloidnog diska je "magični" broj iglica. To je broj iglica koje vire kroz prednju stranu diska. Disk ima rupe koje su veće od iglica. To omogućava iglicama da vire kroz disk i pričvrste se na izlaznu osovinu.

Primjena

Bez obzira da li gradite robotski pogon ili jednostavno tražite mjenjač za smanjenje brzine vašeg vozila, cikloidni mjenjač je odličan način za postizanje visokog omjera redukcije. Cikloidni mjenjači su lagani dizajn s niskim trenjem i izuzetno stabilnim prijenosom. Pogodni su za industrijske robote i mogu se koristiti u mnogim primjenama, uključujući pozicioniranje robota.
Cikloidni mjenjači smanjuju brzinu korištenjem ekscentričnog kretanja. Ekscentrično kretanje omogućava cijelom unutrašnjem zupčaniku da se okreće u nestabilnom cikloidnom kretanju, koje se zatim pretvara u kružnu rotaciju. Ovo eliminira potrebu za slaganjem stepeni zupčanika. Cikloidni mjenjači također imaju manje trenja, veću čvrstoću i veću izdržljivost od konvencionalnih mjenjača.
Cikloidni mjenjač se također koristi u brojnim primjenama, uključujući brodske pogonske sisteme i robotske pogone. Cikloidni mjenjači smanjuju vibracije korištenjem ofsetnog zupčanika za poništavanje vibracija.
Cikloidni zupčanici imaju manje trenje, veću čvrstoću i bolju torzijsku krutost od evolventnih zupčanika. Također imaju smanjeno Hertzovo kontaktno naprezanje, što ih čini boljim od evolventnih zupčanika za upotrebu s udarnim opterećenjima. Također imaju manju veličinu i težinu od konvencionalnih mjenjača i imaju veći prijenosni omjer od evolventnih zupčanika.
Cikloidni zupčanici se obično koriste za smanjenje brzine motora, ali nude i niz drugih prednosti. Cikloidni zupčanici imaju manji otisak od drugih zupčanika, što im omogućava da se uklope u skučene prostore. Također imaju mali zazor, što omogućava precizno kretanje. Cikloidni zupčanici imaju veću efikasnost, što rezultira nižim potrebama za snagom i manjim habanjem.
Cikloidni disk je jedna od najvažnijih komponenti mjenjača. Cikloidni diskovi su obično dizajnirani s kratkim cikloidom, što minimizira ekscentricitet diska. Također su dizajnirani sa skraćenim bokom, što rezultira boljom čvrstoćom i manjom koncentracijom napona. Cikloidni diskovi su obično spojeni na stacionarni prstenasti zupčanik. Cikloida je dizajnirana da se kotrlja oko stacionarnih klinova prstena, koji pritiskaju kružne rupe u disku. Cikloidni mjenjači obično koriste dva stepena pomjeranja.
Cikloidni pogoni su idealni za primjene s velikim opterećenjima. Također imaju visoku torzijsku krutost, što ih čini vrlo otpornima na udarna opterećenja. Cikloidni pogoni također nude visok prijenosni omjer, što se može postići bez potrebe za velikim ulaznim vratilom. Također su kompaktni i imaju dugi vijek trajanja.
Izlazno vratilo cikloidnog mjenjača uvijek ima dva stepena pomjeranja, što osigurava da se ulazno i ​​izlazno vratilo uvijek okreću različitom brzinom. Izlazno vratilo bi bilo kućište klina oko pogonskih diskova, što bi također omogućilo lako održavanje.
Cikloidni mjenjači su također vrlo kompaktni i lagani, pa su idealni za upotrebu u industrijskim robotima. Cikloidni reduktor mjenjača je najstabilniji reduktor s niskim vibracijama u industrijskim robotima i ima širok raspon prijenosnog omjera.

urednik CX 2023-06-08