Cyklonová převodovka vs. evolventní převodovka

Ať už pro svou aplikaci používáte cykloidní převodovku nebo evolventní převodovku, měli byste vědět několik věcí. Tento článek se zaměří na některé z nich, včetně: cykloidní převodovky vs. evolventní převodovky, hmotnosti, tlakové síly, přesnosti a hustoty točivého momentu.

Tlaková síla

Bylo provedeno několik studií za účelem analýzy statických charakteristik ozubených kol. V tomto článku autoři zkoumají strukturální a kinematické principy cykloidní převodovky. Cykloidní převodovka je převodovka, která používá excentrické ložisko uvnitř otočného rámu. Nemá společný pár pastorek-kolo, a proto je ideální pro vysoký převodový poměr.
Účelem této práce je zkoumat rozložení napětí na cykloidním disku. Jsou zkoumány různé profily ozubených kol za účelem studia rozložení zatížení a dynamických účinků.
Cykloidní převodovky jsou vystaveny kompresi a vůli, což vyžaduje použití správných poměrů pro rychlost ložiska a celkovou hmotnost převodovky (TSA). Článek se také zaměřuje na kinematické principy reduktoru. Autoři navíc používají standardní techniky analýzy hřídele/ozubené kolo a cykloidního disku.
Autoři dříve pracovali na dynamické simulaci tuhého tělesa cykloidního reduktoru. Analýza použila trochoidální profil na obvodu cykloidního disku. Trochoidální profil je získán z výrobního výkresu a zohledňuje tolerance.
Hustota sítě v cykloidním disku zachycuje přesnou geometrii součástí. Zajišťuje přesné kontaktní napětí.
Cykloidní kotouč se skládá z devíti laloků, které se při každé otáčce hnací hřídele posunou o jeden lalok. Když se však kotouč otáčí kolem čepů, cykloidní kotouč se nepohybuje kolem těžiště. Proto cykloidní kotouč sdílí krouticí moment s pěti vnějšími válečky.
Nízký převodový poměr v cykloidní převodovce má za následek vyšší indukované napětí v cykloidním kotouči. To je způsobeno větším otvorem určeným ke zmenšení materiálu uvnitř kotouče.

Hustota točivého momentu

Bylo studováno několik typů magnetických převodovek. Některé magnetické převodovky mají vyšší hustotu točivého momentu než jiné, ale stále nejsou schopny konkurovat mechanickým převodovkám.
Byla vyvinuta a testována nová cykloidní magnetická převodovka s vysokou hustotou točivého momentu s Halbachovými rotory. Konstrukce byla ověřena stavbou prototypu CPCyMG. Výsledky ukázaly, že simulovaný prokluzový moment byl srovnatelný s experimentálním prokluzovým momentem. Naměřený špičkový točivý moment byl prostorová harmonická složka p3 = 14 a odpovídá hustotě točivého momentu v aktivní oblasti 261,4 N*m/L.
Tato cykloidní převodovka má také vysoký převodový poměr. Bylo testováno na dosažení maximálního točivého momentu 147,8 Nm, což je více než dvojnásobek hustoty točivého momentu u tradiční cykloidní převodovky. Konstrukce zahrnuje feromagnetickou zadní oporu, která poskytuje mechanickou oporu při výrobě.
Tato cykloidní převodovka také ukazuje, jak lze s malým průměrem dosáhnout vysoké hustoty točivého momentu. Je navržena s axiální délkou 50 mm. Radiální vychylovací síly nejsou při této délce závažné. Konstrukce využívá malou vzduchovou mezeru ke snížení radiálních vychylovacích sil, ale není to jediná možnost.
Kompromisní konstrukce má také vysokou objemovou hustotu točivého momentu. Má menší vzduchovou mezeru a vyšší hmotnostní hustotu točivého momentu. Je proveditelná a mechanicky odolná. Konstrukce je také jednou z nejúčinnějších ve své třídě.
Šroubové ozubení je novější technologie, která cykloidním převodovkám přináší vyšší úroveň přesnosti. Umožňuje servomotoru zvládat těžké zatížení při vysokých cyklech. Je také užitečná v aplikacích, které vyžadují menší konstrukční rozsahy.

Hmotnost

Ve srovnání s planetovými převodovkami není hmotnost cykloidních převodovek tak významná. Nabízejí však určité výhody. Jednou z nejvýznamnějších vlastností je jejich bezvůlový chod, který jim pomáhá dosahovat plynulého a přesného pohybu.
Kromě toho poskytují vysokou účinnost, což znamená, že servomotory mohou běžet při vyšších rychlostech. Nejlepší na tom je, že pro dosažení vysokého převodového poměru je není nutné skládat na sebe.
Další výhodou cykloidních převodovek je, že jsou obvykle levnější než planetové převodovky. To znamená, že jsou vhodné pro výrobní průmysl a robotiku. Jsou také vhodné pro těžké roboty, které vyžadují robustní převodovku.
Také poskytují lepší redukční poměr. Cykloidní převodovky mohou dosáhnout redukčních poměrů od 30:1 do 300:1, což je obrovské zlepšení oproti planetovým převodovkám. Existuje však jen málo modelů, které poskytují poměr pod 30:1.
Cykloidní převodovky také nabízejí větší odolnost proti opotřebení, což znamená, že vydrží déle než planetové převodovky. Jsou také kompaktnější, což jim pomáhá dosahovat vysokých převodových poměrů v menším prostoru. Konstrukce cykloidních převodovek je také činí méně náchylnými k vůli, což je jedna z hlavních nevýhod planetových převodovek.
Cykloidní převody navíc mohou poskytovat i lepší přesnost polohování. Ve skutečnosti je to jeden z hlavních důvodů pro volbu cykloidních převodů před planetovými převody. Je to proto, že cykloidní kotouč se otáčí kolem ložiska nezávisle na vstupním hřídeli.
Ve srovnání s planetovými převodovkami jsou cykloidní převodovky také mnohem kratší. To znamená, že poskytují nejlepší přesnost polohování. Jsou také lehčí (50%), což znamená, že mají menší průměr.

Přesnost

Několik odborníků se zabývalo studiem cykloidních převodovek v přesných reduktorech. Jejich výzkum se zaměřuje především na matematický model a metodu pro vyhodnocení přesnosti cykloidních ozubených kol.
Tradiční modifikace cykloidních ozubených kol se realizuje především nastavením různých parametrů obrábění a středové polohy brusného kotouče. Má však i určité nevýhody, jako je nestabilní přesnost záběru a nekontrolovatelný tvar křivky profilu zubu.
V této studii je navržena nová metoda modifikace návrhu cykloidních ozubených kol. Tato metoda je založena na výpočtu vůle v záběru a rozložení úhlu tlaku. Dokáže efektivně předběžně řídit přesnost převodu cykloidního ozubeného kola a také zajistit dobré charakteristiky záběru.
Navrhovaná metoda může být použita při výrobě rotačních vektorových reduktorů. Je také použitelná u přesných reduktorů pro roboty.
Matematický model pro cykloidní ozubená kola lze vytvořit s úhlem tlaku a jako závislou proměnnou. Je možné vypočítat rozložení úhlu tlaku a profilový úhel tlaku. Lze jej také vyjádřit jako DL=f(a). Lze jej použít při návrhu přesných reduktorů.
Studie také zohledňuje vůli paty ozubeného kola, vůli zubů ozubeného kola a úhel profilu. Tyto faktory mají přímý vliv na převodový výkon cykloidního ozubeného kola. To také ukazuje na vyšší přesnost pohybu a menší vůli. Upravený profil může také odrážet menší chybu přenosu.
Navrhovaná metoda je navíc založena na výpočtu ztrátového pohybu. Určuje úhel prvního kontaktu zubů. Tento úhel je důležitým faktorem ovlivňujícím kvalitu úpravy. Chyba přenosu po druhé cykloidní metodě je nejmenší.
Nakonec je prokázána případová studie dvojice ozubených kol CZPT RV-35N, která dokazuje navrhovanou metodu.

Evolventní ozubená kola vs. cykloidní ozubená kola

Ve srovnání s evolventními ozubenými koly mají cykloidní ozubená kola nižší hlučnost, menší tření a delší životnost. Jsou však dražší. Cykloidní ozubená kola se mohou obtížněji vyrábět. Pro určité aplikace, včetně vesmírných manipulátorů a robotických kloubů, mohou být méně vhodná.
Nejběžnějším profilem ozubeného kola je evolventní křivka kružnice. Tato křivka je tvořena koncovým bodem pomyslné napnuté struny odvíjející se z kružnice.
Další křivkou je epicykloida. Tato křivka je tvořena bodem pevně spojeným s kružnicí, který se valí po jiné kružnici. Tuto křivku je obtížné vyrobit a její výroba je mnohem dražší než evolventní křivka.
Cykloidní křivka kružnice je také příkladem multikurzoru. Tato křivka je generována lokusem bodu na obvodu kružnice.
Cykloidní křivka má stejný průměr jako evolventní křivka, ale je tečně zakřivená podél průměru kružnice. Tato křivka je také klasifikována jako běžná. Má několik dalších funkcí. Metoda konečných prvků byla použita k analýze deformačního stavu cykloidních reduktorů rychlosti.
Existuje mnoho dalších křivek, ale evolventní křivka je nejpoužívanějším profilem ozubeného kola. Evolventní křivka kružnice je spirálovitá křivka sledovaná koncovým bodem imaginární napnuté struny.
Evolventní ozubená kola jsou hodně podobná sadě kostek Lega. Je s nimi velká zábava si hrát. Mají také spoustu výhod. Například si lépe poradí se středovými posuvy než cykloidní ozubená kola. Jejich výroba je také mnohem snazší, takže náklady na evolventní ozubení jsou nižší. Jsou však zastaralá.
Cykloidní ozubená kola se také obtížněji vyrábějí než evolventní ozubená kola. Mají konvexní povrch, což vede k většímu opotřebení. Mají také jednodušší tvar než evolventní ozubená kola. Mají také méně zubů. Používají se při rotačních pohybech, například v rotorech šroubových kompresorů.

editor od CX 2023-04-11