Cyclone-Getriebe vs. Involve-Getriebe

Unabhängig davon, ob Sie für Ihre Anwendung ein Zykloidgetriebe oder ein Evolventengetriebe verwenden, gibt es einige Dinge, die Sie beachten sollten. Dieser Artikel beleuchtet einige dieser Punkte, darunter: Zykloidgetriebe vs. Evolventengetriebe, Gewicht, Kompressionskraft, Präzision und Drehmomentdichte.

Druckkraft

Es wurden bereits mehrere Studien zur Analyse der statischen Eigenschaften von Zahnrädern durchgeführt. In diesem Artikel untersuchen die Autoren die strukturellen und kinematischen Prinzipien eines Zykloidgetriebes. Das Zykloidgetriebe ist ein Getriebe, das ein Exzenterlager in einem rotierenden Gehäuse verwendet. Es besitzt kein gemeinsames Ritzel-Zahnrad-Paar und eignet sich daher ideal für hohe Untersetzungsverhältnisse.
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Spannungsverteilung auf einer Zykloidenscheibe. Verschiedene Zahnradprofile werden untersucht, um die Lastverteilung und die dynamischen Effekte zu analysieren.
Zykloidgetriebe unterliegen Kompression und Zahnflankenspiel, weshalb geeignete Übersetzungsverhältnisse für die Lagerdrehzahl und den Gesamtübersetzungswinkel (TSA) erforderlich sind. Der Beitrag befasst sich außerdem mit den kinematischen Grundlagen des Getriebes. Darüber hinaus verwenden die Autoren Standardanalyseverfahren für die Welle/das Zahnrad und die Zykloidscheibe.
Die Autoren haben zuvor eine dynamische Simulation eines Zykloidgetriebes als starrer Körper durchgeführt. Die Analyse verwendete ein Trochoidprofil am Umfang der Zykloidscheibe. Das Trochoidprofil wurde einer Fertigungszeichnung entnommen und berücksichtigt die Toleranzen.
Die Netzfeinheit in der Zykloidenscheibe erfasst die exakte Geometrie der Bauteile. Sie liefert genaue Kontaktspannungen.
Die Zykloidenscheibe besteht aus neun Lappen, die sich bei jeder Umdrehung der Antriebswelle jeweils um einen Lappen bewegen. Bei der Rotation der Scheibe um die Bolzen bewegt sich die Zykloidenscheibe jedoch nicht um ihren Schwerpunkt. Daher teilt sich die Zykloidenscheibe die Drehmomentbelastung mit fünf äußeren Rollen.
Ein niedriges Untersetzungsverhältnis in einem Zykloidgetriebe führt zu einer höheren induzierten Spannung in der Zykloidscheibe. Dies liegt an der größeren Bohrung, die zur Materialreduzierung im Inneren der Scheibe dient.

Drehmomentdichte

Es wurden verschiedene Arten von Magnetgetrieben untersucht. Einige Magnetgetriebe weisen eine höhere Drehmomentdichte auf als andere, können aber dennoch nicht mit mechanischen Getrieben konkurrieren.
Ein neues zykloidales Magnetgetriebe mit hoher Drehmomentdichte und Halbach-Rotoren wurde entwickelt und wird derzeit getestet. Die Konstruktion wurde durch den Bau eines CPCyMG-Prototyps validiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das simulierte Schlupfdrehmoment mit dem experimentellen Schlupfdrehmoment vergleichbar war. Das gemessene Spitzendrehmoment war eine räumliche Harmonische der Ordnung p3 = 14 und entspricht einer Drehmomentdichte im aktiven Bereich von 261,4 Nm/L.
Dieses Zykloidgetriebe zeichnet sich durch eine hohe Übersetzung aus. Es wurde getestet und erreichte ein maximales Drehmoment von 147,8 Nm, was mehr als dem Doppelten der Drehmomentdichte herkömmlicher Zykloidgetriebe entspricht. Die Konstruktion beinhaltet eine ferromagnetische Rückwand, die die mechanische Fertigung unterstützt.
Dieses Zykloidgetriebe zeigt, wie sich mit kleinem Durchmesser eine hohe Drehmomentdichte erzielen lässt. Es ist mit einer axialen Länge von 50 mm ausgelegt. Bei dieser Länge sind die radialen Auslenkungskräfte vernachlässigbar. Die Konstruktion nutzt einen kleinen Luftspalt zur Reduzierung dieser Kräfte, dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit.
Das Design mit optimalem Kompromiss zeichnet sich durch eine hohe volumetrische Drehmomentdichte aus. Es verfügt über einen kleineren Luftspalt und eine höhere Massendrehmomentdichte. Es ist realisierbar und mechanisch robust. Zudem gehört es zu den effizientesten seiner Klasse.
Die Schrägverzahnung ist eine neuere Technologie, die die Präzision von Zykloidgetrieben erhöht. Sie ermöglicht es Servomotoren, hohe Lasten bei hohen Taktzahlen zu bewältigen. Zudem eignet sie sich für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.

Gewicht

Im Vergleich zu Planetengetrieben ist das Gewicht von Zykloidgetrieben deutlich geringer. Sie bieten jedoch einige Vorteile. Eines der wichtigsten Merkmale ist ihr spielfreier Betrieb, der für eine gleichmäßige und präzise Bewegung sorgt.
Darüber hinaus bieten sie einen hohen Wirkungsgrad, wodurch Servomotoren mit höheren Drehzahlen laufen können. Der größte Vorteil ist, dass sie nicht gestapelt werden müssen, um ein hohes Übersetzungsverhältnis zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil von Zykloidgetrieben ist ihr in der Regel niedrigerer Preis im Vergleich zu Planetengetrieben. Dadurch eignen sie sich für die Fertigungsindustrie und die Robotik. Sie sind auch für Schwerlastroboter geeignet, die ein robustes Getriebe benötigen.
Sie bieten zudem ein besseres Untersetzungsverhältnis. Zykloidgetriebe erreichen Untersetzungsverhältnisse von 30:1 bis 300:1, was eine deutliche Verbesserung gegenüber Planetengetrieben darstellt. Allerdings sind einige wenige Modelle erhältlich, die ein Übersetzungsverhältnis unter 30:1 bieten.
Zykloidgetriebe bieten zudem eine höhere Verschleißfestigkeit und haben daher eine längere Lebensdauer als Planetengetriebe. Sie sind außerdem kompakter, was hohe Übersetzungsverhältnisse auf kleinerem Raum ermöglicht. Durch ihre Bauweise sind Zykloidgetriebe auch weniger anfällig für Zahnflankenspiel, eine der größten Schwächen von Planetengetrieben.
Darüber hinaus bieten Zykloidgetriebe eine höhere Positioniergenauigkeit. Dies ist sogar einer der Hauptgründe, warum Zykloidgetriebe gegenüber Planetengetrieben bevorzugt werden. Denn die Zykloidenscheibe rotiert unabhängig von der Eingangswelle um ein Lager.
Im Vergleich zu Planetengetrieben sind Zykloidgetriebe deutlich kürzer. Dadurch bieten sie eine optimale Positioniergenauigkeit. Sie sind außerdem leichter, was einen kleineren Durchmesser zur Folge hat.

Präzision

Mehrere Experten haben das Zykloidgetriebe in Präzisionsgetrieben untersucht. Ihre Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf das mathematische Modell und die Methode zur Präzisionsbewertung von Zykloidgetrieben.
Die traditionelle Modifikation von Zykloidgetrieben erfolgt hauptsächlich durch die Einstellung verschiedener Bearbeitungsparameter und der Position der Schleifscheibe. Sie weist jedoch Nachteile wie instabile Eingriffsgenauigkeit und unkontrollierbare Zahnprofilkurve auf.
In dieser Studie wird eine neue Methode zur Optimierung der Konstruktion von Zykloidgetrieben vorgestellt. Diese Methode basiert auf der Berechnung des Zahnflankenspiels und der Eingriffswinkelverteilung. Sie ermöglicht eine effektive Vorsteuerung der Übertragungsgenauigkeit des Zykloidzapfengetriebes und gewährleistet zudem optimale Eingriffseigenschaften.
Das vorgeschlagene Verfahren kann bei der Herstellung von Drehvektorgetrieben angewendet werden. Es ist auch für Präzisionsgetriebe für Roboter geeignet.
Das mathematische Modell für Zykloidgetriebe lässt sich mit dem Eingriffswinkel α als abhängiger Variable aufstellen. Es ermöglicht die Berechnung der Eingriffswinkelverteilung und des Profileingriffswinkels. Dieser kann auch als DL = f(α) ausgedrückt werden. Das Modell findet Anwendung bei der Konstruktion von Präzisionsgetrieben.
Die Studie berücksichtigt auch das Zahnfußspiel, das Zahnflankenspiel und den Profilwinkel. Diese Faktoren beeinflussen die Übertragungsleistung von Zykloidgetrieben direkt. Sie zeigen zudem eine höhere Bewegungsgenauigkeit und ein geringeres Zahnflankenspiel auf. Das modifizierte Profil kann ebenfalls zu geringeren Übertragungsfehlern führen.
Darüber hinaus basiert das vorgeschlagene Verfahren auf der Berechnung des Spielraums. Es bestimmt den Winkel des ersten Zahneingriffs. Dieser Winkel ist ein wichtiger Faktor, der die Modifikationsqualität beeinflusst. Der Übertragungsfehler nach der zweiten Zykloidenmethode ist am geringsten.
Zum Schluss wird eine Fallstudie am Zahnradpaar CZPT RV-35N vorgestellt, um die vorgeschlagene Methode zu beweisen.

Evolventenverzahnungen vs. Zykloidenverzahnungen

Zykloidgetriebe zeichnen sich im Vergleich zu Evolventengetrieben durch einen geringeren Geräuschpegel, niedrigere Reibung und eine längere Lebensdauer aus. Allerdings sind sie teurer und ihre Herstellung kann aufwendiger sein. Für bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise Weltraummanipulatoren und Robotergelenke, sind sie unter Umständen weniger geeignet.
Das gebräuchlichste Zahnradprofil ist die Evolventenkurve eines Kreises. Diese Kurve entsteht durch den Endpunkt einer gedachten, gespannten Schnur, die sich vom Kreis abwickelt.
Eine weitere Kurve ist die Epizykloide. Sie entsteht, wenn ein Punkt, der fest mit einem Kreis verbunden ist, über einen anderen Kreis rollt. Die Herstellung dieser Kurve ist schwierig und wesentlich teurer als die einer Evolvente.
Die Zykloide eines Kreises ist ebenfalls ein Beispiel für einen Mehrfachcursor. Diese Kurve wird durch den geometrischen Ort eines Punktes auf dem Kreisumfang erzeugt.
Die Zykloidenkurve hat denselben Durchmesser wie die Evolventenkurve, verläuft jedoch tangential entlang des Kreisdurchmessers. Diese Kurve wird ebenfalls als gewöhnliche Zykloidenkurve klassifiziert. Sie erfüllt verschiedene weitere Funktionen. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) wurde zur Analyse des Spannungszustands von Zykloidengetrieben eingesetzt.
Es gibt viele weitere Kurvenformen, aber die Evolvente ist das am weitesten verbreitete Zahnradprofil. Die Evolvente eines Kreises ist eine spiralförmige Kurve, die durch den Endpunkt einer gedachten, gespannten Schnur beschrieben wird.
Evolventenverzahnungen sind wie ein Lego-Baukasten. Sie machen viel Spaß und bieten zahlreiche Vorteile. Beispielsweise eignen sie sich besser für die Durchführung von Mitnehmerfahrten als Zykloidenverzahnungen. Außerdem sind sie deutlich einfacher herzustellen, wodurch die Kosten für Evolventenverzahnungen geringer sind. Allerdings sind sie veraltet.
Zykloidverzahnungen sind schwieriger herzustellen als Evolventenverzahnungen. Ihre konvexe Oberfläche führt zu höherem Verschleiß. Zudem weisen sie eine einfachere Form und weniger Zähne auf. Sie werden in Drehbewegungen eingesetzt, beispielsweise in den Rotoren von Schraubenkompressoren.

Bearbeitet von CX am 31.05.2023