Wie man ein Cyclone-Getriebe verwendet

Zykloidgetriebe werden häufig zur Drehmomentübertragung von Motoren oder Pumpen eingesetzt. Diese Getriebeart ist oft die erste Wahl, da sie gegenüber herkömmlichen Getrieben einige Vorteile bietet. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer einfachen Herstellung, wodurch sie sich für vielfältige Anwendungen eignet. Wenn Sie ein Zykloidgetriebe verwenden möchten, sollten Sie jedoch einige Punkte beachten. Dazu gehören das Funktionsprinzip, die Konstruktion sowie die damit verbundenen dynamischen und Trägheitseffekte.

Dynamische und Trägheitseffekte

Es wurden mehrere Studien zu den statischen und dynamischen Eigenschaften von Zykloidgetrieben durchgeführt. Die Untersuchung dieser Effekte ist hilfreich für die optimale Auslegung von Zykloidgetrieben.
In dieser Arbeit wurden die dynamischen und Trägheitseffekte eines zweistufigen Zykloidgetriebes mithilfe des CZPT-Programmpakets untersucht. Darüber hinaus wurde ein neues Modell für Zykloidgetriebe auf Basis nichtlinearer Kontaktdynamik entwickelt. Ziel des neuen Modells ist die Vorhersage verschiedener Betriebszustände.
Die normale Erregungskontaktkraft für die Zykloidenscheiben der ersten und zweiten Stufe ist sehr ähnlich. Die Gesamtverformung am Kontaktpunkt ist jedoch unterschiedlich. Dieser Effekt ist hauptsächlich auf die Eigenschwingungen des Systems zurückzuführen. Die Zykloidenscheiben der zweiten Stufe drehen sich um die Hohlradrolle unter einem Winkel von 180°. Dieser Winkel trägt wesentlich zu den Drehmomentbelastungen bei. Die gesamte Erregungskraft auf die Zykloidenscheiben der ersten und zweiten Stufe beträgt 1848 N bzw. 2068,7 N.
Zur Analyse der Kontaktspannungen wurden verschiedene Zahnradprofile untersucht. Die Eingriffsdichte wurde als wichtiges Konstruktionskriterium berücksichtigt. Es zeigte sich, dass eine größere Bohrung den Materialanteil der Zykloidenscheibe verringert und zu höheren Spannungen führt.
Darüber hinaus lassen sich die Kontaktkräfte durch die Anpassung der geometrischen Parameter effizienter reduzieren. Dies kann durch eine Verfeinerung des Netzes entlang der Scheibenbreite erreicht werden. Die Zykloidenscheibe hat den größten Einfluss auf die Ergebnisse.
Der Wirkungsgrad eines Zykloidgetriebes steigt mit zunehmender Last. Er hängt auch von der Exzentrizität der Eingangswelle und der Zykloidplatte ab. Bei geringen Lasten verläuft die Wirkungsgradkurve linear. Bei höheren Lasten hingegen wird sie zunehmend nichtlinear. Dies liegt daran, dass die Steifigkeit des Zykloidgetriebes mit steigender Last zunimmt.

Struktur

Obwohl es wie ein kompliziertes technisches Rätsel aussieht, ist der Aufbau eines Zykloidgetriebes eigentlich recht einfach. Die wichtigsten Elemente sind der Sockel, die Lastplatte und das Axiallager. Alle diese Elemente arbeiten zusammen, um ein stabiles und kompaktes Getriebe zu bilden.
Die Grundfläche besteht aus einem kreisförmigen Querschnitt mit mehreren zylindrischen Stiften am Außenrand. Die Stifte sind auf einem festen Ring montiert, der sie auf einer Kreisbahn führt. Der Ring dient als Referenzkreis. Der Durchmesser des Kreises beträgt etwa 5 mm.
Die Lastplatte besteht aus einer Reihe von Gewindebohrungen. Diese sind 15 mm vom Mittelpunkt entfernt angeordnet und dienen zur Verankerung externer Konstruktionen. Die Lastplatte muss um die X- und Y-Achse gedreht werden können.
Das Axiallager ist auf der Lastplatte angeordnet. Es hat einen Innendurchmesser von 35 mm und einen Außendurchmesser von 52 mm und ermöglicht die Drehung um die Z-Achse.
Die Zykloidscheibe ist das Herzstück des Zykloidgetriebes. Sie weist Bohrungen für die Stifte auf, die die Abtriebswelle antreiben. Diese Bohrungen sind größer als die der Abtriebsrollenstifte. Die Scheibe besitzt zudem eine geringere Exzentrizität.
Die Stifte sind mittels Rollstiften an der Zykloidenscheibe befestigt. Sie bestehen aus einem Material, das die mechanische Stabilität des Antriebs bei hohen Drehmomenten gewährleistet. Die Stifte haben einen Außendurchmesser von 9 mm. Die Scheibe besitzt mehrere Nocken und dreht sich um jeweils einen Nocken pro Wellenumdrehung.
Das Zykloidgetriebe verfügt über einen Deckel, der die Bauteile zusammenhält. Der Deckel hat eine Werkzeugtasche und ist mit einem Gewinde versehen, das ihn in das Gehäuse schraubt.

Funktionsprinzip

Zykloidgetriebe werden in Schwermaschinen und Mehrachsenrobotern eingesetzt und zeichnen sich durch hohe Effizienz, kompakte Bauweise und die Möglichkeit hoher Übersetzungsverhältnisse aus. Darüber hinaus sind sie überlastfest.
Zykloidenscheiben werden von Exzenterwellen angetrieben, die sich um feststehende Ringbolzen drehen. Die Rollenbolzen der Stiftscheibe greifen in Bohrungen der Zykloidenscheibe ein. Diese Rollenbolzen treiben die Stiftscheibe an, und die Stiftscheibe überträgt die Bewegung auf die Abtriebswelle.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Zahnradgetrieben zeichnen sich Zykloidgetriebe durch geringes Zahnflankenspiel und hohe Torsionssteifigkeit aus. Sie eignen sich ideal für hohe Belastungen und alle Antriebstechnologien. Die geringe Masse und die kompakte Bauweise der Zykloidscheibe tragen ebenfalls zu ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer Positioniergenauigkeit bei.
Die Zykloidenscheibe spielt eine zentrale Rolle in der Getriebekinematik. Sie rotiert kreisförmig um einen festen Ring. Wird die Scheibe gegen das Hohlrad gedrückt, greifen die Stifte in die Scheibe ein, und die Rollenstifte rotieren um die Stifte. Diese Drehbewegung erzeugt Vibrationen, die sich über die Abtriebswellen fortpflanzen.
Zykloidenscheiben werden typischerweise mit einer kurzen Zykloide konstruiert, um die Exzentrizität zu minimieren. Dies reduziert die Unwuchtkräfte bei hohen Drehzahlen. Idealerweise ist die Anzahl der Zykloidenlappen geringer als die Anzahl der umgebenden Bolzen. Dadurch wird die Hertzsche Kontaktspannung verringert.
Im Gegensatz zu Planetengetrieben zeichnen sich Zykloidgetriebe durch hohe Präzision und Stoßfestigkeit aus. Sie weisen zudem geringe Reibung und minimalen Verschleiß an den Zahnflanken auf. Darüber hinaus bieten sie einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Tragfähigkeit.
Zykloidenverzahnungen sind im Allgemeinen schwieriger herzustellen als Evolventenverzahnungen. Sie eignen sich nicht für die Verzahnung von Stufen. Ihre Fertigung erfordert höchste Präzision. Aufgrund ihrer geringen Größe, des niedrigen Zahnflankenspiels, der hohen Torsionssteifigkeit und der geringen Vibrationen sind sie jedoch ideal für den Einsatz in Schwermaschinen geeignet.

Evolventenzahnprofil

Fast alle Zahnräder werden mit einem Evolventenzahnprofil gefertigt. Auch Zykloidenzahnräder werden mit diesem Profil hergestellt. Im Vergleich zu Evolventenzahnrädern sind Zykloidenzahnräder robuster und können mehr Leistung übertragen. Allerdings ist ihre Herstellung auch aufwendiger, was sie teurer macht.
Das Evolventenzahnprofil ist eine glatte Kurve. Es leitet sich von der Evolventenkurve eines Kreises ab. Die Tangente an den Grundkreis ist die Normale in jedem Punkt einer Evolvente.
Diese Kurve besitzt Eigenschaften, die es den Evolventenzahnrädern ermöglichen, eine Bewegung in senkrechter Richtung zu übertragen. Sie entspricht auch der Bahn, die das Ende eines Fadens beschreibt, der sich von einem Zylinder abwickelt.
Ein Evolventenprofil bietet den Vorteil der einfachen Fertigung. Es ermöglicht zudem einen reibungslosen Eingriff trotz Abweichungen im Achsabstand. Dieses Profil wird auch gegenüber einem Zykloidenprofil bevorzugt, ist aber nicht in jeder Hinsicht optimal.
Zykloidenzahnräder bestehen ebenfalls aus zwei Kurven. Im Gegensatz zu Evolventenzähnen weisen sie einen gleichmäßigen Radius auf. Zykloidenzahnräder sind geräuschärmer, allerdings auch teurer in der Herstellung.
Evolventenverzahnungen sind einfacher herzustellen, da sie nur eine Krümmung aufweisen. Zykloidenverzahnungen können auch mit einem Zahnstangenfräser gefertigt werden. Dadurch sind sie kostengünstiger in der Herstellung. Allerdings erfordern sie eine fachgerechte Konstruktion. Alternativ können sie auch mit einer Zahnradformmaschine mit integriertem Ritzelfräser hergestellt werden.
Zahnprofile, die dem Gesetz der Zahnradwirkung genügen, werden auch als konjugierte Profile bezeichnet. Das Evolventenprofil ist das gebräuchlichste davon. Es ermöglicht eine konstante Drehmomentübertragung.

Gegenreaktion

Zykloidgetriebe bieten typischerweise ein hohes Übersetzungsverhältnis ohne Spiel. Dies liegt daran, dass die Zykloidenscheibe von einer Exzenterwelle angetrieben wird. Während der Rotation dreht sich die Zykloidenscheibe um einen festen Ring. Dieser Ring rotiert unabhängig vom Schwerpunkt.
Die Zykloidenscheibe ist typischerweise verkürzt, um die Exzentrizität zu reduzieren. Dies trägt dazu bei, die bei hohen Drehzahlen auftretenden Unwuchtkräfte zu minimieren. Die Zykloidenscheibe bietet zudem ein größeres Übersetzungsverhältnis als herkömmliche Zahnräder. Dies ermöglicht eine höhere Positioniergenauigkeit.
Zykloidgetriebe weisen zudem eine hohe Torsionssteifigkeit auf. Dies sorgt für eine höhere Torsionsfestigkeit und Stoßbelastbarkeit. Dies ist aus verschiedenen Gründen wichtig, beispielsweise bei Anwendungen mit hoher Beanspruchung.
Zykloidgetriebe zeichnen sich zudem durch eine geringere Masse aus. Diese Vorteile machen sie ideal für alle Antriebstechnologien. Die Konstruktion ermöglicht außerdem eine höhere Torsionssteifigkeit und Lebensdauer. Diese Getriebe haben zudem eine deutlich kompaktere Bauform.
Zykloidgetriebe werden auch zur Drehzahlreduzierung eingesetzt. Aufgrund der hohen Torsionssteifigkeit der Zykloide weisen sie zudem eine hohe Positioniergenauigkeit auf.
Zykloidgetriebe eignen sich hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Elektromotoren, Generatoren und Pumpenmotoren. Sie sind zudem äußerst stoßfest, was in vielen Anwendungsbereichen von Bedeutung ist. Diese Bauart ist ideal für Anwendungen, die ein hohes Übersetzungsverhältnis bei kompakter Bauweise erfordern.
Zykloidgetriebe bieten zudem den Vorteil, dass sie das Spiel zwischen den Bauteilen minimieren. Dadurch werden Interferenzen vermieden und ein formschlüssiger Sitz gewährleistet. Dies ist insbesondere bei Getrieben wichtig. Außerdem ermöglicht es den Einsatz einer Kraftmessdose und eines Potentiometers zur Bestimmung des Getriebespiels.

Bearbeitet von CX am 13.11.2023