Ein mathematisches Modell eines Zykloidengetriebes

Ein Getriebe mit Zykloidenrotor ist eine ideale Konstruktion für Pkw und andere Fahrzeuge, da die Zykloidenkonstruktion die Schwingungsamplitude reduziert, was ein entscheidender Faktor für die Fahrleistung ist. Der Einsatz eines Zykloidengetriebes minimiert zudem die Reibung zwischen den Zahnrädern, wodurch Geräusche und Verschleiß reduziert werden. Ein Zykloidengetriebe ist auch für Fahrzeuge, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, eine sehr effiziente Lösung, da es äußerst robust gegenüber Stoßbelastungen ist.

Grundlegende Gestaltungsprinzipien

Zykloidgetriebe werden für Präzisionsverzahnungen eingesetzt. Sie sind kompakt, robust und zeichnen sich durch geringes Zahnflankenspiel, hohe Torsionssteifigkeit und eine lange Lebensdauer aus. Zudem eignen sie sich für Anwendungen mit hohen Belastungen.
Zykloidgetriebe sind kompakt und bieten sehr hohe Untersetzungsverhältnisse. Sie sind zudem äußerst robust und stoßfest. Zykloidgetriebe eignen sich ideal für eine Vielzahl von Antriebstechnologien. Zykloidgetriebe zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Torsionssteifigkeit aus und ermöglichen ein Übersetzungsverhältnis von 300:1. Sie können auch in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen mehrere Getriebestufen nicht erwünscht sind.
Um ein hohes Untersetzungsverhältnis zu erzielen, müssen Zykloidgetriebe äußerst präzise gefertigt werden. Zykloidgetriebe besitzen ein gekrümmtes Zahnprofil, das Scherkräfte an allen Kontaktpunkten minimiert. Dies gewährleistet einen formschlüssigen Sitz der Zahnscheibe. Dieses Profil kann entweder in einer separaten Außenbuchse oder als Innenprofileinsatz realisiert sein.
Zykloidgetriebe werden in Schiffsantriebssystemen eingesetzt, bei denen sich die Lastplatte um die X- und Y-Achse dreht. Die Platte ist durch ein 15 mm vom Mittelpunkt entferntes Gewindebolzenloch verankert.
In einem Zykloidgetriebe dient ein Sekundärträgerkörper zur Aufnahme der Lastplatte. Dieser Sekundärträgerkörper besteht aus einem Montageträgerkörper und einer Sekundärträgerscheibe.

Geringe Reibung

Zur Untersuchung der statischen Probleme von Getrieben wurden verschiedene Studien durchgeführt. In diesem Beitrag wird ein mathematisches Modell eines reibungsarmen Zykloidgetriebes vorgestellt. Dieses Modell dient der Berechnung verschiedener Parameter, die die Getriebeleistung während der Produktion beeinflussen.
Das Modell basiert auf einem neuen Ansatz, der die Haftreibung und die nichtlineare Reibungscharakteristik berücksichtigt. Diese Parameter werden von herkömmlichen Faustregeln nicht abgedeckt.
Der Haftreibungseffekt tritt bei einer Änderung der Geschwindigkeitsrichtung auf. In diesem Fall muss das Eingangsdrehmoment den Haftreibungseffekt überwinden, um eine Bewegung zu erzeugen. Das Modell ermöglicht es uns außerdem, die Stärke des Haftreibungseffekts und seine Ablösegeschwindigkeit zu berechnen.
Das Wichtigste ist, dass das Modell zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens eines geregelten Systems eingesetzt werden kann. In dieser Hinsicht weist das Modell eine hohe Genauigkeit auf. Es wurde in verschiedenen Quadranten des Getriebes getestet, um die optimale Haftreibungs-Lösegeschwindigkeit zu ermitteln. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das Modell die Effizienz eines reibungsarmen Zykloidgetriebes effektiv vorhersagen kann.
Zusätzlich zum Haftreibungsmodell untersuchten wir auch den Wirkungsgrad eines reibungsarmen Zykloidgetriebes. Das Untersetzungsverhältnis dieses Getriebes wurde anhand der Formel abgeschätzt. Es zeigte sich, dass das Verhältnis gegen minus unendlich strebt, wenn das Motordrehmoment nahe null Nm liegt.

Kompakt

Im Gegensatz zu herkömmlichen Planetengetrieben sind Zykloidgetriebe kompakt, reibungsarm und nahezu spielfrei. Sie bieten zudem hohe Untersetzungsverhältnisse, hohe Belastbarkeit und einen hohen Wirkungsgrad. Diese Eigenschaften machen sie zu einer praktikablen Option für eine Vielzahl von Anwendungen.
Zykloidenscheiben werden von einer exzentrischen Eingangswelle angetrieben. Diese wiederum wird von einem feststehenden Hohlrad angetrieben. Das Hohlrad beschleunigt die Zykloidenscheibe. Die Eingangswelle vollführt eine vollständige Umdrehung von neun Umdrehungen. Das Hohlrad dient dem Ausgleich der dynamischen Unwucht.
CZPT-Zykloidgetriebe zeichnen sich durch präzisen und stabilen Betrieb aus. Diese robusten Getriebe eignen sich für große Verfahrwege und bieten einen hohen Überlastschutz. Sie sind für die Stoßwellentherapie geeignet und eignen sich besonders für Anwendungen mit kritischen Positionieranforderungen. Zudem zeichnen sie sich durch geringe Montage- und Konstruktionskosten aus und sind auf lange Lebensdauer und geringe Hystereseverluste ausgelegt.
CZPT-Zykloidgetriebe finden in einer Vielzahl industrieller Anwendungen Verwendung, darunter CNC-Bearbeitungszentren, Roboterpositionierer und Manipulatoren. Sie zeichnen sich durch eine einzigartige Konstruktion aus, die hohe Kräfte an der Abtriebsachse bewältigt und sich besonders für große Verfahrwege eignet. Diese Getriebe sind hocheffizient, senken die Kosten und sind in verschiedenen Baugrößen erhältlich. Sie sind ideal für Anwendungen, die Millimetergenauigkeit erfordern.

Hohe Reduktionsraten

Im Vergleich zu anderen Getrieben bieten Zykloidgetriebe hohe Untersetzungsverhältnisse und geringes Zahnflankenspiel. Sie sind zudem kostengünstiger. Zykloidgetriebe finden in verschiedenen Branchen Anwendung und eignen sich insbesondere für Roboteranwendungen. Sie zeichnen sich außerdem durch hohe Effizienz und Belastbarkeit aus.
Ein Zykloidgetriebe funktioniert durch die Rotation einer Zykloidscheibe. Diese Scheibe weist Bohrungen auf, die größer sind als die Stifte der Abtriebswelle. Durch die Rotation der Scheibe bewegen sich die Abtriebsstifte in den Bohrungen und erzeugen so eine gleichmäßige Rotation der Abtriebswelle. Dieser Getriebetyp benötigt keine Zwischenstufen.
Zykloidgetriebe sind in der Regel kürzer als Planetengetriebe. Darüber hinaus sind sie robuster und können höhere Drehmomente übertragen.
Zykloidgetriebe verfügen über eine Exzenterkurve, die die Zykloidscheibe antreibt. Die Zykloidscheibe bewegt sich in 360°-Schritten um die Achse bzw. um die Rolle. Sie rotiert exzentrisch und greift in das Gehäuse des Hohlrads sowie in dessen Innenverzahnung ein.
Die Anzahl der Lappen auf der Zykloidenscheibe reicht nicht aus, um ein gutes Übertragungsverhältnis zu erzielen. Tatsächlich muss die Anzahl der Lappen geringer sein als die Anzahl der Stifte, die die Zykloidenscheibe umgeben.
Die Zykloidenscheibe wird durch einen Exzenternocken, der sich von der Grundwelle erstreckt, in Rotation versetzt. Der Nocken dreht sich auch innerhalb der Zykloidenscheibe. Die exzentrische Bewegung des Nockens ermöglicht die Rotation der Zykloidenscheibe um die Stifte des Hohlradgehäuses.

Verringerung der Schwingungsamplitude

Es wurden verschiedene Ansätze zur Reduzierung der Schwingungsamplitude in einem Zykloidgetriebe untersucht. Diese Ansätze basieren auf der kinematischen Analyse des Getriebes.
Ein Zykloidgetriebe besteht aus Lagern, Zahnrädern und einem Exzenterlager, das eine Zykloidscheibe antreibt. Es zeichnet sich durch ein hohes Untersetzungsverhältnis aus, das durch eine Reihe von Abtriebswellenzapfen erreicht wird, welche die Abtriebswelle beim Drehen der Scheibe antreiben.
Der in den Studien verwendete Prüfstand verfügt über vier Sensoren. Jeder Sensor erfasst Signale mit unterschiedlichen Signalverarbeitungsverfahren. Zusätzlich ist ein Drehzahlmesser vorhanden, der die Drehzahländerungen am Eingang erfasst.
Die kinematische Untersuchung des Robotergetriebes diente dem Verständnis der Schwingungsfrequenzen und der Feststellung, ob ein Getriebefehler vorliegt. Es zeigte sich, dass das Getriebe einwandfrei funktioniert, wenn die Amplitude in x- und y-Richtung gering ist. Eine hohe Amplitude deutet hingegen auf ein defektes Bauteil hin.
Die Frequenzanalyse von Schwingungssignalen wird sowohl für zyklostationäre als auch für nicht-zyklostationäre Zustände durchgeführt. Die ausgewählten Frequenzen sind diejenigen, die in beiden Zustandsarten auftreten.

Robust gegenüber Stoßbelastungen

Im Vergleich zu herkömmlichen Getrieben bieten Zykloidgetriebe erhebliche Vorteile bei Stoßbelastungen. Dazu gehören eine hohe Stoßbelastbarkeit, ein hoher Wirkungsgrad, geringere Kosten, ein niedrigeres Gewicht, eine geringere Reibung und eine bessere Positioniergenauigkeit.
Zykloidgetriebe können herkömmliche Planetengetriebe in Anwendungen ersetzen, bei denen die Massenträgheit eine wichtige Rolle spielt, beispielsweise beim Transport schwerer Lasten. Sie sind leichter und lassen sich kompakter fertigen, was Kosten und Installationsaufwand reduziert. Zykloidgetriebe ermöglichen zudem Übersetzungsverhältnisse von bis zu 300:1 bei geringem Platzbedarf.
Zykloidengetriebe eignen sich auch für Anwendungen, bei denen eine lange Lebensdauer entscheidend ist. Ihr radialer Klemmring reduziert die Massenträgheit um bis zu 391 TP3T. Zykloidengetriebe weisen eine fünfmal höhere Torsionssteifigkeit als herkömmliche Planetengetriebe auf.
Zykloidgetriebe ermöglichen deutliche Verbesserungen bei Betonmischern. Ihre hocheffiziente Konstruktion erlaubt wichtige Innovationen. Sie eignen sich ideal für Servoanwendungen, Werkzeugmaschinen und Medizintechnik. Zu ihren Merkmalen gehören benutzerfreundliche Schraubverbindungen, effektiver Korrosionsschutz und einfache Handhabung.
Zykloidgetriebe eignen sich besonders für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit. Beispielsweise ist bei der Steuerung großer Parabolantennen eine hohe Stoßbelastbarkeit erforderlich, um die Genauigkeit zu gewährleisten. Zykloidgetriebe können Stoßbelastungen bis zu 500% ihres Nenndrehmoments standhalten.

Trägheitseffekte

Verschiedene Studien wurden durchgeführt, um die statischen Probleme von Getrieben zu untersuchen. Dennoch besteht weiterhin Bedarf an einem geeigneten Modell zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines geregelten Systems. Zu diesem Zweck wurde ein mathematisches Modell eines Zykloidgetriebes entwickelt. Das vorgestellte Modell ist ein einfaches Modell, das als Grundlage für ein komplexeres mechanisches Modell dienen kann.
Das mathematische Modell basiert auf der mechanischen Konstruktion des Zykloidgetriebes und weist eine nichtlineare Reibungskennlinie auf. Es kann Stromspitzen und -einbrüche im Stillstand reproduzieren und berücksichtigt auch die Haftreibung. Allerdings werden Zahnflankenspiel und Torsionssteifigkeit nicht berücksichtigt.
Mithilfe dieses Modells werden der Drehmoment erzeugende Strom und die Trägheit des Motors berechnet. Diese Werte werden anschließend mit den Messwerten des realen Systems verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation und realem System.
Im Modell werden verschiedene Parameter berücksichtigt, um das dynamische Verhalten zu verbessern. Diese Parameter werden aus der Analyse des harmonischen Antriebssystems berechnet. Es handelt sich dabei um den drehmomenterzeugenden Strom, die Trägheit und die Kontaktkräfte der rotierenden Teile.
Das Modell zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit aus und kann zur Motorsteuerung eingesetzt werden. Es ist außerdem in der Lage, das dynamische Verhalten eines geregelten Systems abzubilden.

Bearbeitet von CX am 20.10.2023