Zustandsüberwachung von Cyclone-Getrieben

Ob Sie nun den Einsatz eines Zykloidgetriebes in Ihrem Haus, Büro oder Ihrer Garage erwägen, Sie sollten unbedingt auf die Qualität der verwendeten Materialien achten. Außerdem ist eine korrekte Konstruktion wichtig, um Beschädigungen durch Vibrationen zu vermeiden.

Planetengetriebe

Planetengetriebe sind im Vergleich zu Zykloidgetrieben leichter und kompakter, weisen jedoch eine geringere Präzision und Langlebigkeit auf. Sie eignen sich besser für Anwendungen mit hohen Drehmoment- oder Drehzahlanforderungen und werden daher häufig in der Robotik eingesetzt. Für einige Anwendungen, insbesondere solche mit Stoßbelastungen, sind Zykloidgetriebe jedoch weiterhin die bessere Wahl.
Die Leistung von Getrieben während der Produktion wird von vielen Faktoren beeinflusst. Einer davon ist die Zähnezahl. Bei Planetengetrieben steigt die Zähnezahl mit der Anzahl der Planeten. Bei Zykloidgetrieben ist die Zähnezahl geringer, was zu höheren Übersetzungsverhältnissen führt. Diese Getriebe weisen zudem niedrigere Losbrechmomente auf und lassen sich daher leichter steuern.
Ein Zykloidengetriebe besteht aus drei Hauptteilen: dem Hohlrad, dem Sonnenrad und der Eingangswelle. Das Hohlrad ist fest im Getriebe montiert, während das Sonnenrad die Drehbewegung auf die Planetenräder überträgt. Die Eingangswelle überträgt die Bewegung auf das Sonnenrad, welches sie wiederum auf die Ausgangswelle weiterleitet. Die Ausgangswelle hat ein höheres Drehmoment als die Eingangswelle.
Zykloidenverzahnungen weisen eine höhere Torsionssteifigkeit, geringeren Verschleiß und eine niedrigere Hertzsche Kontaktspannung auf. Allerdings sind sie auch größer und erfordern eine hochpräzise Fertigung. Die Herstellung von Zykloidenverzahnungen kann schwieriger sein als die von Evolventenverzahnungen, die ein hohes Maß an Präzision erfordern.
Zykloidgetriebe ermöglichen Übersetzungsverhältnisse bis zu 300:1 und das in kompakter Bauweise. Sie weisen zudem geringeren Verschleiß und niedrigere Reibung auf, wodurch sie sich ideal für Anwendungen mit hohem Übersetzungsverhältnis eignen.
Zykloidgetriebe weisen üblicherweise ein Zahnflankenspiel von etwa einer Winkelminute auf. Dieses Spiel gewährleistet die für präzise Bewegungen notwendige Genauigkeit und Kontrolle. Zudem bieten sie geringen Verschleiß und eine hohe Stoßbelastbarkeit.
Planetengetriebe sind in ein- und zweistufiger Ausführung erhältlich, wobei die Länge mit jeder zusätzlichen Stufe zunimmt. Neben den zweistufigen Ausführungen kann optional ein Abtriebslager verbaut werden, das zusätzlichen Bauraum benötigt. In manchen Anwendungen ist auch eine dritte Stufe verfügbar.

Evolventenverzahnungen

Im Allgemeinen sind Evolventenzahnräder komplexer herzustellen als Zykloidenzahnräder. Beispielsweise weist das Zahnprofil eines Evolventenzahnrads eine einzige Kurve auf, während das Zahnprofil eines Zykloidenzahnrads zwei Kurven besitzt. Zudem liegt die Evolventenkurve nicht innerhalb des Grundkreises.
Die Evolventenkurve ist ein wesentlicher Bestandteil eines Zahnradzahns und beeinflusst maßgeblich die Qualität des Zahneingriffs. Zahlreiche Arbeiten befassen sich mit diesem Thema, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf den Funktionsprinzipien liegt. Das wichtigste Merkmal des doppelt einhüllenden Zykloidengetriebes sind die zwei Kontaktlinien zwischen den kämmenden Zahnpaaren.
Zykloidengetriebe sind leistungsstärker, leiser und langlebiger als Evolventengetriebe. Zudem benötigen sie weniger Fertigungsschritte. Allerdings sind Zykloidengetriebe teurer. Evolventengetriebe werden häufiger für Linearbewegungen, Zykloidengetriebe hingegen für Drehbewegungen eingesetzt.
Obwohl Zykloidenverzahnungen technisch fortschrittlicher sind, zeichnen sich Evolventenverzahnungen durch höhere Qualität und ein ansprechenderes Design aus. Zykloidenverzahnungen finden in verschiedenen Industrieanwendungen wie Pumpen und Kompressoren Verwendung. Auch in der Uhrenindustrie sind sie weit verbreitet. Dennoch haben Evolventenverzahnungen Zykloidenverzahnungen in der Uhrenindustrie noch nicht vollständig verdrängt.
Die Zykloidenscheibe besitzt mehrere Stifte an ihrem Außenrand, während ein Evolventenrad nur eine einzige Zahnkrümmung aufweist. Zykloidenräder sind zudem robuster und zuverlässiger. Evolventenräder hingegen verwenden kostengünstigere Zahnstangen und haben weniger aufwendige Evolventenzähne.
Die Übertragungsgenauigkeit der Zykloidenscheibe beträgt etwa 98,51 TP3T, die des Hohlrads etwa 961 TP3T. Die Drehzahl der Zykloidenscheibe liegt bei 3 rad/s. Geringfügige Änderungen des Achsabstands haben keinen Einfluss auf die Übertragungsgenauigkeit. Drehzahlschwankungen hingegen können diese beeinflussen.
Zykloidengetriebe weisen eine bestimmte Drehzahl auf. Die Scheibe besitzt N Nocken. Die Übertragungsgenauigkeit der Zykloidengetriebescheibe ist jedoch aufgrund der großen Drehwinkel zwischen den Nocken noch nicht perfekt. Dies erschwert auch die Fertigung.

Schwingungen

Dieser Artikel stellt mithilfe moderner Schwingungsdiagnostik und datenbasierter Methoden einen neuen Ansatz zur Zustandsüberwachung von Zykloidgetrieben vor. Im Fokus steht die Ermittlung der Ursache von Getriebeausfällen. Ziel des Artikels ist es, Getriebekonstrukteuren einen einheitlichen Ansatz zu bieten.
Ein Zykloidgetriebe ist ein hochpräzises Getriebe, das in Schwerlastmaschinen eingesetzt wird. Es zeichnet sich durch ein hohes Untersetzungsverhältnis aus, was eine sehr hohe Eingangsdrehzahl erfordert. Zykloidgetriebe sind zwar hochpräzise, ​​neigen aber zu Vibrationen. In diesem Artikel beschreiben die Autoren die Funktionsweise eines Zykloidgetriebes und die Messung von Vibrationen. Sie zeigen außerdem, wie dieses Getriebe zur Fehlererkennung eingesetzt werden kann.
Das Getriebe findet Anwendung in Positioniergeräten, Mehrachsenrobotern und Schwerlastmaschinen. Zu seinen Hauptmerkmalen zählen die hohe Genauigkeit, die hohe Belastbarkeit und das große Untersetzungsverhältnis.
Es gibt nur wenige Dokumentationen zur Schwingungs- und Zustandsüberwachung von Zykloidgetrieben. Die Autoren beschreiben ihren Lösungsansatz anhand eines Zykloidgetriebes und eines Prüfstands. Ihr Ansatz beinhaltet die Messung der Getriebefrequenz bei verschiedenen Eingangsdrehzahlen.
Die Ergebnisse zeigen eine gute Trennung zwischen intaktem und defektem Zustand. Fehlerhäufigkeiten treten im niedrigen Frequenzbereich auf. Fehler lassen sich mittels Binning erkennen, wodurch ein Drehzahlmesser überflüssig wird. Zusätzlich wird Binning mit einer Hauptkomponentenanalyse kombiniert, um den Zustand des Getriebes zu bestimmen.
Diese Methode wird mit herkömmlichen Verfahren verglichen. Die Ergebnisse zeigen außerdem, wie sich die Fehlerhäufigkeiten von Lagern mithilfe der Sortierung berechnen lassen. Sie wird auch zur Bestimmung der Häufigkeiten der Bauteile eingesetzt.
Die Signale des Prüfstands werden mit vier Sensoren erfasst. Es handelt sich dabei um Beschleunigungsmesser mittlerer Empfindlichkeit (100 mV/g). Die Signale werden anschließend mit verschiedenen Signalverarbeitungsverfahren verarbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwingungssignale mit der internen Bewegung des Getriebes korrelieren. Diese Information wird genutzt, um die Eigenfrequenz des Getriebes zu bestimmen.
Die Frequenzanalyse der Schwingungssignale wird sowohl im zyklostationären als auch im nicht-zyklostationären Zustand durchgeführt. Anschließend werden die Signale analysiert, um die Größe der Zahnradeingriffsfrequenz zu bestimmen.

Design

Durch den Einsatz von Präzisionsgetrieben können Servomotoren heute hohe Lasten mit hoher Drehzahl steuern. Im Gegensatz zu Kurvengetriebe bieten Zykloidgetriebe eine extrem genaue Positionierung und ein hohes Drehmoment. Sie zeichnen sich zudem durch hervorragende Torsionssteifigkeit und Stoßfestigkeit aus.
Zykloidgetriebe sind speziell für minimale Vibrationen bei hohen Drehzahlen ausgelegt. Im Gegensatz zu Evolventengetrieben sind sie nicht gestapelt, wodurch Reibung und die auf jeden Zahn wirkenden Kräfte reduziert werden. Zudem weisen Zykloidgetriebe eine geringere Hertzsche Kontaktspannung auf.
Zykloidgetriebe werden häufig in Mehrachsenrobotern für Positioniervorrichtungen eingesetzt. Sie ermöglichen Übersetzungsverhältnisse von bis zu 300:1 in kompakter Bauweise. Auch in den ersten Gelenken von Schwermaschinen finden sie Verwendung. Allerdings erfordern sie eine äußerst präzise Fertigung und sind schwieriger herzustellen als Evolventengetriebe.
Ein Zykloidgetriebe ist eine Art Planetengetriebe. Zykloidgetriebe sind speziell für hohe Übersetzungsverhältnisse ausgelegt. Sie ermöglichen zudem eine große Untersetzung in einer einzigen Stufe. Sie werden zunehmend in den ersten Gelenken von Schwermaschinen eingesetzt und finden auch in der Robotik immer häufiger Verwendung.
Um ein hohes Untersetzungsverhältnis zu erzielen, muss die Eingangsdrehzahl des Getriebes sehr hoch sein. Im Allgemeinen liegt sie zwischen 500 U/min und 4500 U/min. In manchen Fällen kann sie jedoch niedriger sein.
Eine Zykloide entsteht durch das Abrollen eines Rollkreises auf einem Grundkreis. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Rollkreises und dem Durchmesser des Grundkreises bestimmt die Form der Zykloide. Eine Hypozykloide entsteht durch Abrollen vorwiegend auf der Innenseite des Grundkreises, während eine Epizykloide durch Abrollen vorwiegend auf der Außenseite des Grundkreises entsteht.
Zykloidgetriebe weisen ein sehr geringes Zahnflankenspiel auf, wodurch die auf jeden Zahn wirkenden Kräfte minimiert werden. Diese Getriebe zeichnen sich zudem durch eine hohe Torsionssteifigkeit, geringe Reibung und Stoßfestigkeit aus. Darüber hinaus bieten sie höchste Positioniergenauigkeit.
Das Zykloidgetriebe wurde an der Universität Radom entwickelt und gebaut. Die Konstruktion basierte auf drei verschiedenen Zykloidzahnrädern. Das erste Paar wies das Außenprofil in Nenngröße auf, das zweite Paar hingegen ein Profil mit Toleranz. Die Lastplatte besaß Gewindebohrungen im Abstand von 15 mm von der Mitte.

Bearbeitet von CX am 01.06.2023