Cyklonoidní převodovka

Cykloidní převodovka je v podstatě převodovka, která k provádění rotačního pohybu využívá cykloidní pohyb. Jedná se o velmi jednoduchou a efektivní konstrukci, kterou lze použít v různých aplikacích. Cykloidní převodovka se často používá v aplikacích, které vyžadují pohyb těžkých břemen. Oproti planetové převodovce má několik výhod, včetně schopnosti zvládat vyšší zatížení a vyšší rychlosti.

Dynamické a setrvačné účinky cykloidní převodovky

Bylo provedeno několik studií dynamických a setrvačných účinků cykloidní převodovky. Některé z nich se zaměřují na principy fungování, zatímco jiné se zaměřují na matematický model převodovky. Tento článek zkoumá matematický model cykloidní převodovky a porovnává její výkon s reálnými měřeními. Pro návrh a řízení cykloidní převodovky je důležité mít vhodný matematický model. Cykloidní převodovka je dvoustupňová převodovka s cykloidním kotoučem a ozubeným věncem, které se otáčí kolem vlastní osy.
Matematický model se skládá z více než 1,6 milionu prvků. Každý pár ozubených kol je reprezentován redukovaným modelem s 500 vlastními módy. Vlastní frekvence pro čelní ozubené kolo je 70 kHz. Modálně redukovaný model je vhodný pro cykloidní převodovku.
Matematický model je validován pomocí softwaru ABAQUS. Cykloidní kotouč byl diskretizován pro vytvoření velmi jemného modelu. Vyžaduje 400 elementárních bodů na zub. Byl také ověřen pomocí statické metody konečných prvků (MKP). Tento model byl poté použit k modelování tření ozubených kol ve všech kvadrantech. Jedná se o nový přístup k modelování tření v cykloidní převodovce. Ukázalo se, že poskytuje výsledky srovnatelné s výsledky modelu EMBS. Výsledky jsou také porovnány s elastickým simulačním modelem více těles. To dobře odpovídá kontaktním silám a velikosti cykloidního ozubeného kotouče. Bylo také zjištěno, že přesnost přenosu mezi cykloidním ozubeným kotoučem a ozubeným věncem je přibližně 98,51 TP3T. Tato hodnota je však nižší než přesnost přenosu páru ozubených věnců. Chyba přenosu korigovaného modelu je přibližně 0,31 TP3T. Přesnost přenosu je menší kvůli menší velikosti elastické deformace na bocích zubů.
Je důležité poznamenat, že nejpřesnější kontaktní síly pro každý zub cykloidní převodovky nejsou plynulé. Kontaktní síla na jednotlivém zubu začíná lineárním nárůstem a poté končí prudkým poklesem. Není tak plynulá jako kontaktní síla na bodovém kontaktu, a proto byla srovnávána s kontaktní silou na eliptickém kontaktu. Kontakt na eliptickém kontaktu je však stále relativně malý a model EMBS to nedokáže zachytit.
Model konečných prvků pro cykloidní kotouč obsahuje přibližně 1,6 milionu prvků. Nejdůležitější částí modelu konečných prvků je diskretizace cykloidního kotouče. Je velmi důležité provést diskretizaci cykloidního ozubeného kotouče velmi pečlivě kvůli vysokému stupni vibrací, kterým je vystaven. Cykloidní kotouč musí být diskretizován jemně, aby výsledky byly srovnatelné s výsledky statického výpočtu konečných prvků. Musí se jednat o co nejpřesnější model, aby bylo možné přesně simulovat kontaktní síly mezi cykloidním kotoučem a ozubeným věncem.

Kinematika cykloidního pohonu

Pomocí libovolného souřadnicového systému můžeme pozorovat pohyb součástí cykloidní převodovky. Pozorujeme, že cykloidní kotouč se otáčí kolem pevných čepů po kruhu, zatímco hřídel unášeče se otáčí kolem excentrické vačky. Dále vidíme, že vstupní hřídel je uložen excentricky vzhledem k valivému ložisku.
Také pozorujeme, že cykloidní kotouč se otáčí nezávisle kolem excentrického ložiska, zatímco hřídel unášeče se otáčí kolem osy symetrie. Můžeme konstatovat, že cykloidní kotouč hraje klíčovou roli v kinematice cykloidní převodovky.
Pro výpočet účinnosti cykloidního reduktoru používáme model, který je založený na nelineární tuhosti kontaktů. V tomto modelu je nelinearita kontaktu dána nelinearitou síly a deformací v kontaktu. Ukázali jsme, že účinnost cykloidního reduktoru se zvyšuje se zvyšujícím se zatížením. Kromě toho je účinnost závislá na kluzné rychlosti a deformacích normálového zatížení. Tyto faktory jsou považovány za klíčové proměnné pro určení účinnosti cykloidního pohonu.
Také zohledňujeme účinnost cykloidního reduktoru se vstupním točivým momentem a vstupní rychlostí. Účinnost můžeme vypočítat vydělením čistého točivého momentu v ozubeném věnci výstupním točivým momentem. Účinnost lze upravit tak, aby vyhovovala různým provozním podmínkám. Účinnost cykloidního pohonu se zvyšuje se zvyšujícím se zatížením.
Cykloidní převodovka je vícestupňová převodovka s malým a velkým hřídelovým čepem. Má 19 zubů a mosazné podložky. Vnější kotouče se pohybují proti směru pohybu prostředního kotouče a jsou posunuty o 180 stupňů. Prostřední kotouč je dvakrát masivnější než vnější kotouč. Cykloidní kotouč má devět laloků, které se při jedné otáčce hnací hřídele posunou o jeden lalok. Počet čepů v kotouči by měl být menší než počet čepů v okolních čepech.
Vstupní hřídel pohání excentrické ložisko, které je schopno přenášet výkon na výstupní hřídel. Vstupní hřídel navíc působí na cykloidní kotouč prostřednictvím mezilehlého ložiska silami. Cykloidní kotouč se poté posouvá v krocích o 360 stupňů/otáčení/kladka. Čepy výstupního hřídele se poté pohybují v otvorech, čímž se výstupní hřídel nepřetržitě otáčí. Vstupní hřídel vykonává sinusový pohyb, aby udržovala konstantní otáčky základního hřídele. Tato sinusová vlna způsobuje malé změny otáčení hřídele unášeče. Síly působící na vnitřní pouzdra jsou součástí rovnovážného mechanismu.
Dále můžeme pozorovat, že cykloidní pohon je schopen přenášet větší točivý moment než planetové soukolí. To je dáno větší axiální délkou cykloidního soukolí a menším průměrem otvoru v ozubeném věnci. Je také možné dosáhnout tvarového uložení mezi pevným kroužkem a kotoučem, čehož je dosaženo ozubením mezi pevným kroužkem a kotoučem. Cykloidní kotouč je obvykle navržen s krátkou cykloidou, aby se minimalizovaly nevyvážené síly při vysokých rychlostech.

Srovnání s planetovými převodovkami

Ve srovnání s planetovými převodovkami má cykloidní převodovka několik výhod. Mezi tyto výhody patří: nízká vůle, lepší přetížitelnost, kompaktní konstrukce a schopnost používat v široké škále aplikací. Cykloidní převodovka se stala populární na trhu s víceosou robotikou. Převodovka se také stále častěji používá v prvních kloubech a polohovačích.
Cykloidní převodovka je převodovka, která se skládá ze čtyř základních součástí: cykloidního kotouče, výstupní příruby, ozubeného věnce a pevného věnce. Cykloidní kotouč je poháněn excentrickou hřídelí, která se otáčí o 360 stupňů/otočně/válečně. Výstupní příruba je kotouč s pevným čepem, který přenáší výkon na výstupní hřídel. Ozubený věnec je pevný věnec a vstupní hřídel je připojen k servomotoru.
Cykloidní převodovka je navržena pro řízení setrvačnosti ve vysoce dynamických situacích. Tyto převodovky se obecně používají v robotice a polohovačích, kde se používají k polohování těžkých břemen. Běžně se také používají v široké škále průmyslových aplikací. Mají vyšší hustotu točivého momentu a nízkou vůli, díky čemuž jsou ideální pro těžká břemena.
Výstupní příruba je také navržena pro točivý moment až 500 Nm. Její otáčky jsou nižší než u planetové převodovky, ale výstupní točivý moment je mnohem vyšší. Je navržena jako vysoce výkonná převodovka a lze ji použít v aplikacích, které vyžadují vysoké převodové poměry a vysokou hustotu točivého momentu. Cykloidní převodovka je také levnější a má menší vůli. Cykloidní převodovka má však nevýhody, které je třeba při návrhu převodovky zohlednit. Hlavním problémem jsou vibrace.
Ve srovnání s planetovými převodovkami mají cykloidní převodovky menší celkové rozměry a jsou levnější. Cykloidní převodovka má navíc velký redukční poměr v jednom stupni. Obecně mají cykloidní převodovky jeden nebo dva stupně, přičemž třetí stupeň je méně častý. Cykloidní převodovka však není jediným typem převodovky s tímto typem konfigurace. Běžně se také vyskytuje planetová převodovka s jedním stupněm.
Existuje několik různých typů cykloidních převodovek a často se označují jako cykloidní reduktory rychlosti. Tyto převodovky jsou určeny pro jakékoli odvětví, které používá serva. Jsou kratší než planetové převodovky a mají větší průměr pro stejný točivý moment. Některé z nich jsou k dispozici i s převodovým poměrem nižším než 30:1.
Cykloidní převodovka může být dobrou volbou pro aplikace s vysokými otáčkami a požadavky na vysoký točivý moment. Tyto převodovky jsou také kompaktnější než planetové převodovky a jsou vhodné pro aplikace s vysokým točivým momentem. Kromě toho jsou robustnější a zvládají rázová zatížení. Mají také nízkou vůli a vyšší úroveň přesnosti a polohování. Používají se také v široké škále aplikací, včetně průmyslové robotiky.

editor od CX 2023-05-09