Výhody použití cyklonové převodovky

Použití cykloidní převodovky k pohonu vstupního hřídele je velmi účinný způsob, jak snížit rychlost stroje. Dělá to snížením otáček vstupního hřídele o předem stanovený poměr. Je schopna dosáhnout velmi vysokých převodových poměrů v relativně malých velikostech.

Převodový poměr

Ať už stavíte lodní pohonný systém nebo čerpadlo pro ropný a plynárenský průmysl, použití cykloidních převodovek má určité výhody. Ve srovnání s jinými typy převodovek jsou kratší a mají lepší hustotu točivého momentu. Tyto převodovky také nabízejí nejlepší přesnost hmotnosti a polohování.
Základní konstrukce cykloidní převodovky je podobná konstrukci planetové převodovky. Hlavní rozdíl spočívá v profilu zubů ozubeného kola.
Cykloidní ozubená kola mají menší opotřebení boků zubů a nižší Hertzovo kontaktní napětí. Mají také nižší tření a torzní tuhost. Díky těmto výhodám jsou ideální pro aplikace, které zahrnují těžké zátěže nebo vysokorychlostní pohony. Jsou také vhodná pro vysoké převodové poměry.
V cykloidní převodovce pohání vstupní hřídel excentrické ložisko, zatímco výstupní hřídel pohání cykloidní kotouč. Cykloidní kotouč se otáčí kolem pevného kroužku a čepy ozubeného věnce zabírají do otvorů v kotouči. Čepy pak pohánějí výstupní hřídel, když se kotouč otáčí.
Cykloidní ozubená kola jsou ideální pro aplikace, které vyžadují vysoké převodové poměry a nízké tření. Jsou také vhodná pro aplikace, které vyžadují vysokou torzní tuhost a odolnost proti rázovému zatížení. Jsou také vhodná pro aplikace, které vyžadují kompaktní konstrukci a nízkou vůli.
Převodový poměr cykloidní převodovky je určen počtem laloků na cykloidním kotouči. Konstrukce n=n cykloidního kotouče pohne o jeden lalok na otáčku vstupního hřídele.
Cykloidní ozubená kola lze vyrobit tak, aby se převodový poměr snížil z 30:1 na 300:1. Tato ozubená kola jsou vhodná pro náročné aplikace, zejména v automatizačním průmyslu. Nabízejí také nejlepší přesnost polohování a vůli. Vyžadují však speciální výrobní procesy a nestandardní vlastnosti.

Tlaková síla

Ve srovnání s konvenčními převodovkami má cykloidní převodovka unikátní kinematický systém. Má excentrické ložisko v otočném rámu, které pohání cykloidní kotouč. Vyznačuje se nízkou vůlí a torzní tuhostí, což umožňuje převodový pohyb.
V této studii byly zkoumány vlivy konstrukčních parametrů s cílem vyvinout optimální konstrukci cykloidního reduktoru. Byly studovány tři hlavní valivé uzly: cykloidní kotouč, vnější kroužek a vstupní hřídel. Tyto uzly byly použity k analýze dynamických sil souvisejících s pohybem, které lze použít k výpočtu napětí a deformací. Frekvence záběru ozubených kol byla vypočtena pomocí vzorce, který zahrnoval korekční faktor pro rotující rám vnějšího kroužku.
Pro vyhodnocení cykloidního disku byla provedena trojrozměrná studie metodou konečných prvků (FEA). Byl zkoumán vliv velikosti otvorů na indukované napětí v disku. Studie se také zabývala zvlněním točivého momentu cykloidního pohonu.
Autoři této studie zkoumali také rozložení vůle ve výstupním mechanismu, přičemž zohledňovali odchylky obrábění a strukturu a geometrii výstupního mechanismu. Studie se také zabývala relativní účinností cykloidního reduktoru, který byl založen na jednokotoučovém cykloidním reduktoru s rozdílem jednoho zubu.
Autoři této studie byli schopni odvodit kontaktní napětí cykloidního disku, které je vypočítáno pomocí kontaktní tuhosti založené na materiálu. Tuto hodnotu lze použít k určení přesných kontaktních napětí v cykloidní převodovce.
Je důležité znát poměry potřebné pro výpočet únosnosti. Tu lze vypočítat pomocí vzorce f = k (S x R), kde S je objem prvku, R je hmotnost, k je kontaktní tuhost a f je vektor síly.

Směr otáčení

Na rozdíl od konvenčního ozubeného věnce, které má jednu osu otáčení, má cykloidní převodovka tři osy otáčení, které jsou rovnoběžné a leží v jedné rovině. Cykloidní převodovka má vynikající torzní tuhost a odolnost proti rázovému zatížení. Zajišťuje také konstantní úhlovou rychlost a používá se ve vysokorychlostních převodovkách.
Cykloidní převodovka se skládá ze vstupního hřídele, hnacího členu a cykloidního kotouče. Kotouč se otáčí jedním směrem, zatímco vstupní hřídel se otáčí opačným směrem. Vstupní hřídel je excentricky uložena v hnacím členu. Cykloidní kotouč zabírá s pouzdrem ozubeného věnce a rotační pohyb cykloidního kotouče se přenáší na výstupní hřídel.
Pro výpočet směru otáčení cykloidní převodovky musí mít cykloid správnou úhlovou orientaci a středová osa cykloidu by měla být zarovnána se středem výstupního otvoru. Nejkratší délka cykloidu by měla být rovna poloměru roztečné kružnice čepu. Největší poloměr cykloidu by měl být roven vnějšímu průměru ložiska.
Jednostupňové ozubené kolo nebude mít mnoho prostoru pro práci, takže pro maximalizaci prostoru budete potřebovat vícestupňové ozubené kolo. To je také důvod, proč se cykloidní ozubená kola obvykle navrhují se zkrácenou cykloidou.
Pro výpočet nejefektivnějšího profilu zubu cykloidního ozubeného kola byla navržena nová metoda. Tato metoda využívá matematický model, který využívá směr otáčení cykloidy a několik dalších geometrických parametrů. Pomocí po částech definované funkce související s rozložením úhlu tlaku se určí nejefektivnější profil cykloidy. Ten se poté překryje s teoretickým profilem. Nová metoda je mnohem flexibilnější než konvenční metoda a dokáže se přizpůsobit měnícím se trendům cykloidního profilu.

Design

Bylo vyvinuto několik konstrukcí cykloidních převodovek. Tyto převodovky mají velký redukční poměr v jednom stupni. Používají se hlavně pro těžké stroje. Poskytují dobrou torzní tuhost a odolnost proti rázovému zatížení. Při vysokých otáčkách se však také vyskytují vibrace. Bylo provedeno několik studií s cílem najít řešení tohoto problému.
Cykloidní převodovka se navrhuje výpočtem redukčního poměru mechanismu. Tento poměr se získá z velikosti vstupních otáček. Ta se poté vynásobí redukčním poměrem profilu ozubeného kola.
Nejdůležitějším faktorem při návrhu cykloidní převodovky je rozložení zatížení podél šířky ozubeného kola. Použitím tohoto kritéria jako návrhového kritéria lze snížit amplitudu vibrací. Tím se zajistí správný chod převodovky. Pro vytvoření správných podmínek pro spojení musí být přesně definován trochoidní profil na obvodu cykloidního disku.
Jedním z nejběžnějších typů cykloidních ozubených kol je kruhové obloukové ozubení. Toto je dnes nejběžnější typ ozubení.
Dalším typem ozubeného kola je hypocykloida. Tento tvar vyžaduje, aby průměr odvalovací kružnice byl roven polovině průměru základní kružnice. Dalším speciálním případem je tvar ozubeného konce s hrotem. Tento tvar se také nazývá hodinové ozubení.
Aby tento profil ozubeného kola fungoval, musí počáteční bod kontaktu zůstat pevný na okraji valivého disku. Tím se vytvoří hypocykloidní křivka. Křivka je vysledována z tohoto počátečního bodu.
Pro zkoumání profilu tohoto ozubeného kola autoři použili 3D analýzu konečných prvků. Použili matematický model výroby ozubených kol, který zahrnoval kinematické parametry, výpočty výstupních momentů a kroky obrábění. Výsledný návrh eliminoval vůli.

Velikost a výběr

Výběr převodovky může být složitý úkol. Je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů. Musíte určit typ aplikace, požadovanou rychlost, zatížení a převodový poměr převodovky. Získáním těchto informací můžete najít řešení, které vám nejlépe vyhovuje.
První věc, kterou musíte udělat, je najít správnou velikost. Existuje několik programů pro dimenzování, které vám pomohou určit nejlepší převodovku pro vaši aplikaci. Můžete začít nakreslením cykloidního ozubeného kola, které vám pomůže s vytvořením součásti.
Při dimenzování je důležité zohlednit prostředí. Rázové zatížení, podmínky prostředí a okolní teploty mohou zvýšit opotřebení zubů ozubených kol. Teplota má také významný vliv na viskozitu maziva a těsnicí materiály.
Také je třeba zvážit vstupní a výstupní otáčky. Vstupní otáčky totiž změní výpočty převodového poměru převodovky. Pokud překročíte vstupní otáčky, můžete poškodit těsnění a způsobit předčasné opotřebení ložisek hřídele.
Dalším důležitým aspektem dimenzování je provozní faktor. Tento faktor určuje velikost točivého momentu, který převodovka zvládne. Provozní faktor může být až 1,4, což je pro většinu průmyslových aplikací dostatečné. Vysoké rázové zatížení a nárazy však budou vyžadovat vyšší provozní faktory. Nezohlednění těchto faktorů může vést k prasknutí hřídelí a poškození ložisek.
Důležitý je také typ výstupu. Musíte určit, zda chcete bezklíčový nebo klíčový dutý otvor, a také zda potřebujete výstupní přírubu. Pokud zvolíte bezklíčový dutý otvor, budete muset zvolit materiál těsnění, který odolá vyšším teplotám.

editor od CX 2023-06-07