Fordelene ved at bruge en cyklongearkasse

Brug af en cykloidal gearkasse til at drive en indgangsaksel er en meget effektiv måde at reducere en maskines hastighed. Den gør dette ved at reducere indgangsakslens hastighed med et forudbestemt forhold. Den er i stand til at opnå meget høje udvekslingsforhold i relativt små størrelser.

Transmissionsforhold

Uanset om du bygger et maritimt fremdriftssystem eller en pumpe til olie- og gasindustrien, er der visse fordele ved at bruge cykloidale gearkasser. Sammenlignet med andre gearkassetyper er de kortere og har en bedre momenttæthed. Disse gearkasser tilbyder også den bedste vægt- og positioneringsnøjagtighed.
Det grundlæggende design af en cykloidal gearkasse ligner en planetgearkasses. Hovedforskellen ligger i tandhjulets profil.
Cykloide gear har mindre tandflankeslid og lavere Hertz-kontaktspænding. De har også lavere friktion og vridningsstivhed. Disse fordele gør dem ideelle til applikationer, der involverer tunge belastninger eller højhastighedsdrev. De er også gode til høje gearforhold.
I en cykloidgearkasse driver indgangsakslen et excentrisk leje, mens udgangsakslen driver den cykloidale skive. Den cykloidale skive roterer omkring en fast ring, og ringhjulets stifter griber ind i hullerne i skiven. Stifterne driver derefter udgangsakslen, mens skiven roterer.
Cykloidgear er ideelle til applikationer, der kræver høje udvekslingsforhold og lav friktion. De er også gode til applikationer, der kræver høj vridningsstivhed og stødmodstand. De er også velegnede til applikationer, der kræver et kompakt design og lavt slør.
Transmissionsforholdet for en cykloidgearkasse bestemmes af antallet af lapper på den cykloidale skive. Den cykloidale skive har et n=n-design, der bevæger én lappe pr. omdrejning af indgangsakslen.
Cykloidgear kan fremstilles til at reducere udvekslingsforholdet fra 30:1 til 300:1. Disse gear er velegnede til avancerede applikationer, især inden for automationsindustrien. De tilbyder også den bedste positioneringsnøjagtighed og slør. De kræver dog specielle fremstillingsprocesser og ikke-standardiserede egenskaber.

Trykkraft

Sammenlignet med konventionelle gearkasser har den cykloidale gearkasse et unikt sæt kinematik. Den har et excentrisk leje i en roterende ramme, der driver den cykloidale skive. Den er karakteriseret ved lavt slør og vridningsstivhed, hvilket muliggør gearbevægelse.
I denne undersøgelse blev virkningerne af designparametre undersøgt for at udvikle det optimale design af en cykloidal reduktionsgearkasse. Tre primære rulleknuder blev undersøgt: en cykloidal skive, en ydre ring og indgangsakslen. Disse blev brugt til at analysere de bevægelsesrelaterede dynamiske kræfter, som kan bruges til at beregne spændinger og tøjninger. Tandhjulets indgrebsfrekvens blev beregnet ved hjælp af en formel, der inkorporerede en korrektionsfaktor for den roterende ramme af den ydre ring.
En tredimensionel finite element analyse (FEA) blev udført for at evaluere den cykloidale skive. Virkningerne af hullernes størrelse på skivens inducerede spændinger blev undersøgt. Undersøgelsen så også på momentrippelen i et cykloidalt drev.
Forfatterne af denne undersøgelse undersøgte også fordelingen af ​​slør i udgangsmekanismen, hvilket tog højde for bearbejdningsafvigelser samt struktur og geometri af udgangsmekanismen. Undersøgelsen så også på den relative effektivitet af en cykloidal reduktionsgearkasse, som var baseret på en cykloidal reduktionsgearkasse med én skive og en tands forskel.
Forfatterne af denne undersøgelse var i stand til at udlede kontaktspændingen for den cykloidale skive, som beregnes ved hjælp af den materialebaserede kontaktstivhed. Dette kan bruges til at bestemme nøjagtige kontaktspændinger i en cykloidal gearkasse.
Det er vigtigt at kende de nødvendige forhold til beregning af bæreevnen. Dette kan beregnes ved hjælp af formlen f = k (S x R), hvor S er elementets volumen, R er massen, k er kontaktstivheden, og f er kraftvektoren.

Rotationsretning

I modsætning til det konventionelle ringgear, der har en enkelt rotationsakse, har en cykloidgearkasse tre rotationsakser, der er parallelle og placeret i et enkelt plan. En cykloidgearkasse har fremragende vridningsstivhed og stødbelastningskapacitet. Den sikrer også konstant vinkelhastighed og bruges i højhastighedsgearkasseapplikationer.
En cykloidgearkasse består af en indgangsaksel, et drivelement og en cykloidskive. Skiven roterer i én retning, mens indgangsakslen roterer i den modsatte retning. Indgangsakslen er monteret excentrisk på drivelementet. Den cykloidale skive går i indgreb med ringhjulshuset, og den cykloidale skives rotationsbevægelse overføres til udgangsakslen.
For at beregne rotationsretningen for en cykloidgearkasse skal cykloiden have den korrekte vinkelorientering, og cykloidens centerlinje skal være justeret med midten af ​​udgangshullet. Cykloidens korteste længde skal være lig med radius af stiftcirklen. Cykloidens største radius skal være på størrelse med lejets udvendige diameter.
Et et-trins gear vil ikke have meget plads at arbejde med, så du skal bruge et flertrins gear for at maksimere pladsen. Dette er også grunden til, at cycloidgear normalt er designet med en forkortet cycloid.
For at beregne den mest effektive tandprofil for et cykloidalt tandhjul blev der udviklet en ny metode. Denne metode bruger en matematisk model, der bruger cykloidens rotationsretning og et par andre geometriske parametre. Ved hjælp af en stykvis funktion relateret til fordelingen af ​​trykvinklen bestemmes cykloidens mest effektive profil. Den lægges derefter oven på den teoretiske profil. Den nye metode er meget mere fleksibel end den konventionelle metode og kan tilpasse sig skiftende tendenser i den cykloidale profil.

Design

Der er udviklet adskillige designs af cykloidale gearkasser. Disse gearkasser har et stort reduktionsforhold i ét trin. De bruges primært til tunge maskiner. De giver god vridningsstivhed og stødbelastningskapacitet. De har dog også vibrationer ved høje omdrejninger. Der er udført adskillige undersøgelser for at finde en løsning på dette problem.
En cykloidal gearkasse designes ved at beregne reduktionsforholdet for en mekanisme. Dette forhold fås ved størrelsen af ​​indgangshastigheden. Dette ganges derefter med reduktionsforholdet for gearprofilen.
Den vigtigste faktor i designet af en cykloidal gearkasse er lastfordelingen langs gearets bredde. Ved at bruge dette som et designkriterium kan vibrationsamplituden reduceres. Dette vil sikre, at gearkassen fungerer korrekt. For at generere passende parringsforhold skal trochoidprofilen på den cykloidale skiveperiferi defineres nøjagtigt.
En af de mest almindelige former for cykloidale gear er cirkulær bueformet fortanding. Dette er den mest almindelige type fortanding, der anvendes i dag.
En anden form for gear er hypocykloidtandhjul. Denne form kræver, at rullecirkeldiameteren er lig med halvdelen af ​​basiscirkeldiameteren. Et andet særligt tilfælde er spids tandform. Denne form kaldes også urfortandning.
For at denne tandhjulsprofil skal fungere, skal det oprindelige kontaktpunkt forblive fastgjort til kanten af ​​den rullende skive. Dette vil generere den hypocykloide kurve. Kurven tegnes fra dette udgangspunkt.
For at undersøge denne tandhjulsprofil anvendte forfatterne en 3D finite element-analyse. De brugte den matematiske model for tandhjulsfremstilling, som omfattede kinematiske parametre, beregninger af udgangsmomenter og bearbejdningstrin. Det resulterende design eliminerede slør.

Størrelse og valg

Det kan være en kompleks opgave at vælge en gearkasse. Der er mange faktorer, der skal tages i betragtning. Du skal bestemme typen af ​​applikation, den nødvendige hastighed, belastningen og gearkassens udvekslingsforhold. Ved at indhente disse oplysninger kan du finde en løsning, der fungerer bedst for dig.
Det første du skal gøre er at finde den rigtige størrelse. Der findes adskillige størrelsesprogrammer, der kan hjælpe dig med at bestemme den bedste gearkasse til din anvendelse. Du kan starte med at tegne et cykloidalt tandhjul for at hjælpe dig med at lave delen.
Under dimensionering er det vigtigt at tage hensyn til miljøet. Stødbelastninger, miljøforhold og omgivelsestemperaturer kan øge sliddet på tandhjulene. Temperaturen har også en betydelig indflydelse på smøreviskositeter og tætningsmaterialer.
Du skal også overveje indgangs- og udgangshastigheden. Dette skyldes, at indgangshastigheden vil ændre dine gearkasseudvekslingsberegninger. Hvis du overskrider indgangshastigheden, kan du beskadige tætningerne og forårsage for tidligt slid på aksellejerne.
Et andet vigtigt aspekt ved dimensionering er driftsfaktoren. Denne faktor bestemmer mængden af ​​drejningsmoment, som gearkassen kan håndtere. Driftsfaktoren kan være så lav som 1,4, hvilket er tilstrækkeligt til de fleste industrielle anvendelser. Høje stød- og slagbelastninger vil dog kræve højere driftsfaktorer. Manglende hensyntagen til disse faktorer kan føre til knækkede aksler og beskadigede lejer.
Udgangstypen er også vigtig. Du skal afgøre, om du ønsker en nøglefri eller nøgleformet hul boring, samt om du har brug for en udgangsflange. Hvis du vælger en nøglefri hul boring, skal du vælge et tætningsmateriale, der kan modstå de højere temperaturer.

redaktør af CX 2023-06-07