Το κυκλωνοειδές κιβώτιο ταχυτήτων

Βασικά, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων που χρησιμοποιεί κυκλοειδή κίνηση για να εκτελέσει την περιστροφική του κίνηση. Είναι ένας πολύ απλός και αποτελεσματικός σχεδιασμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία εφαρμογών. Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές που απαιτούν την κίνηση βαρέων φορτίων. Έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητάς του να μπορεί να χειρίζεται υψηλότερα φορτία και υψηλότερες ταχύτητες.

Δυναμικές και αδρανειακές επιδράσεις ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων

Έχουν διεξαχθεί αρκετές μελέτες σχετικά με τις δυναμικές και αδρανειακές επιδράσεις ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων. Μερικές από αυτές επικεντρώνονται στις αρχές λειτουργίας, ενώ άλλες εστιάζουν στο μαθηματικό μοντέλο του κιβωτίου ταχυτήτων. Αυτή η εργασία εξετάζει το μαθηματικό μοντέλο ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων και συγκρίνει την απόδοσή του με τις πραγματικές μετρήσεις. Είναι σημαντικό να υπάρχει ένα κατάλληλο μαθηματικό μοντέλο για το σχεδιασμό και τον έλεγχο ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων. Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων δύο σταδίων με έναν κυκλοειδή δίσκο και ένα δακτυλιοειδές γρανάζι που περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του.
Το μαθηματικό μοντέλο αποτελείται από περισσότερα από 1,6 εκατομμύρια στοιχεία. Κάθε ζεύγος γραναζιών αντιπροσωπεύεται από ένα μειωμένο μοντέλο με 500 ιδιομορφές. Η ιδιοσυχνότητα για τον οδοντωτό τροχό είναι 70 kHz. Το μειωμένο μοντέλο είναι μια καλή επιλογή για το κυκλικό κιβώτιο ταχυτήτων.
Το μαθηματικό μοντέλο επικυρώνεται χρησιμοποιώντας το λογισμικό ABAQUS. Ένας κυκλοειδής δίσκος διακριτοποιήθηκε για να παραχθεί ένα πολύ λεπτό μοντέλο. Απαιτεί 400 σημεία στοιχείων ανά δόντι. Επαληθεύτηκε επίσης χρησιμοποιώντας στατικό FEA. Αυτό το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για να μοντελοποιηθεί η τριβή των γραναζιών σε όλα τα τεταρτημόρια. Πρόκειται για μια νέα προσέγγιση για την μοντελοποίηση της τριβής σε ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων. Έχει αποδειχθεί ότι παράγει αποτελέσματα συγκρίσιμα με αυτά του μοντέλου EMBS. Τα αποτελέσματα συμφωνούν επίσης με το ελαστικό μοντέλο προσομοίωσης πολλαπλών σωμάτων. Αυτό ταιριάζει καλά για τις δυνάμεις επαφής και το μέγεθος του κυκλοειδούς δίσκου γραναζιού. Διαπιστώθηκε επίσης ότι η ακρίβεια μετάδοσης μεταξύ του κυκλοειδούς δίσκου γραναζιού και του δακτυλιοειδούς γραναζιού είναι περίπου 98,5%. Ωστόσο, αυτή η τιμή είναι χαμηλότερη από την ακρίβεια μετάδοσης του ζεύγους δακτυλιοειδών γραναζιών. Το σφάλμα μετάδοσης του διορθωμένου μοντέλου είναι περίπου 0,3%. Η ακρίβεια μετάδοσης είναι μικρότερη λόγω της χαμηλότερης ποσότητας ελαστικής παραμόρφωσης στις πλευρές των δοντιών.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι πιο ακριβείς δυνάμεις επαφής για κάθε δόντι ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων δεν είναι ομαλές. Η δύναμη επαφής σε ένα μόνο δόντι ξεκινά με μια γραμμική άνοδο και στη συνέχεια καταλήγει σε μια απότομη πτώση. Δεν είναι τόσο ομαλή όσο η δύναμη επαφής σε μια σημειακή επαφή, γι' αυτό και έχει συγκριθεί με τη δύναμη επαφής σε μια ελλειπτική επαφή. Ωστόσο, η επαφή σε μια ελλειπτική επαφή εξακολουθεί να είναι σχετικά μικρή και το μοντέλο EMBS δεν είναι σε θέση να το αποτυπώσει αυτό.
Το μοντέλο FE για τον κυκλοειδή δίσκο αποτελείται από περίπου 1,6 εκατομμύρια στοιχεία. Το πιο σημαντικό μέρος του μοντέλου FE είναι η διακριτοποίηση του κυκλοειδούς δίσκου. Είναι πολύ σημαντικό να γίνει η διακριτοποίηση του κυκλοειδούς δίσκου πολύ προσεκτικά λόγω του υψηλού βαθμού δόνησης που υφίσταται. Ο κυκλοειδής δίσκος πρέπει να διακριτοποιηθεί με ακρίβεια, ώστε τα αποτελέσματα να είναι συγκρίσιμα με εκείνα ενός στατικού FEA. Πρέπει να είναι το πιο ακριβές δυνατό μοντέλο, ώστε να είναι δυνατή η ακριβής προσομοίωση των δυνάμεων επαφής μεταξύ του κυκλοειδούς δίσκου και του δακτυλιοειδούς γραναζιού.

Κινηματική μιας κυκλικής κίνησης

Χρησιμοποιώντας ένα αυθαίρετο σύστημα συντεταγμένων, μπορούμε να παρατηρήσουμε την κίνηση των εξαρτημάτων σε ένα κυκλικό κιβώτιο ταχυτήτων. Παρατηρούμε ότι ο κυκλικός δίσκος περιστρέφεται γύρω από σταθερούς πείρους σε κύκλο, ενώ ο άξονας ακόλουθου περιστρέφεται γύρω από το έκκεντρο έκκεντρο. Επιπλέον, βλέπουμε ότι ο άξονας εισόδου είναι τοποθετημένος έκκεντρα στο ρουλεμάν του κυλινδρικού στοιχείου.
Παρατηρούμε επίσης ότι ο κυκλοειδής δίσκος περιστρέφεται ανεξάρτητα γύρω από το έκκεντρο έδρανο, ενώ ο άξονας ακόλουθου περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα συμμετρίας. Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο κυκλοειδής δίσκος παίζει καθοριστικό ρόλο στην κινηματική ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων.
Για να υπολογίσουμε την απόδοση του κυκλοειδούς μειωτήρα, χρησιμοποιούμε ένα μοντέλο που βασίζεται στη μη γραμμική ακαμψία των επαφών. Σε αυτό το μοντέλο, η μη γραμμικότητα της επαφής διέπεται από τη μη γραμμικότητα της δύναμης και την παραμόρφωση στην επαφή. Έχουμε δείξει ότι η απόδοση του κυκλοειδούς μειωτήρα αυξάνεται καθώς αυξάνεται το φορτίο. Επιπλέον, η απόδοση εξαρτάται από την ταχύτητα ολίσθησης και τις παραμορφώσεις του κάθετου φορτίου. Αυτοί οι παράγοντες θεωρούνται οι βασικές μεταβλητές για τον προσδιορισμό της απόδοσης της κυκλοειδούς κίνησης.
Λαμβάνουμε επίσης υπόψη την απόδοση του κυκλοειδούς μειωτήρα με τη ροπή εισόδου και την ταχύτητα εισόδου. Μπορούμε να υπολογίσουμε την απόδοση διαιρώντας την καθαρή ροπή στον δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό με τη ροπή εξόδου. Η απόδοση μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να ταιριάζει σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Η απόδοση της κυκλικής κίνησης αυξάνεται καθώς αυξάνεται το φορτίο.
Το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων είναι ένα κιβώτιο πολλαπλών σταδίων με ένα μικρό και ένα μεγάλο άξονα. Έχει 19 δόντια και ορειχάλκινες ροδέλες. Οι εξωτερικοί δίσκοι κινούνται αντίθετα από τον μεσαίο δίσκο και είναι μετατοπισμένοι κατά 180 μοίρες. Ο μεσαίος δίσκος έχει διπλάσια μάζα από τον εξωτερικό δίσκο. Ο κυκλοειδής δίσκος έχει εννέα λοβούς που κινούνται κατά έναν λοβό ανά περιστροφή του άξονα κίνησης. Ο αριθμός των πείρων στον δίσκο πρέπει να είναι μικρότερος από τον αριθμό των πείρων στους περιβάλλοντες πείρους.
Ο άξονας εισόδου κινεί ένα έκκεντρο ρουλεμάν που είναι σε θέση να μεταδώσει την ισχύ στον άξονα εξόδου. Επιπλέον, ο άξονας εισόδου ασκεί δυνάμεις στον κυκλοειδή δίσκο μέσω του ενδιάμεσου ρουλεμάν. Ο κυκλοειδής δίσκος στη συνέχεια προχωρά σε βήματα 360 μοιρών/περιστροφής/κυλίνδρου. Οι πείροι του άξονα εξόδου κινούνται στη συνέχεια μέσα στις οπές για να κάνουν τον άξονα εξόδου να περιστρέφεται συνεχώς. Ο άξονας εισόδου ασκεί ημιτονοειδή κίνηση για να διατηρήσει τη σταθερή ταχύτητα του άξονα βάσης. Αυτό το ημιτονοειδές κύμα προκαλεί μικρές ρυθμίσεις στον άξονα ακόλουθο. Οι δυνάμεις που ασκούνται στα εσωτερικά χιτώνια αποτελούν μέρος του μηχανισμού ισορροπίας.
Επιπλέον, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η κυκλική κίνηση είναι ικανή να μεταδίδει μεγαλύτερη ροπή από το πλανητικό γρανάζι. Αυτό οφείλεται στο μεγαλύτερο αξονικό μήκος του κυκλοειδούς γραναζιού και στη μικρότερη διάμετρο οπής του δακτυλιοειδούς γραναζιού. Είναι επίσης δυνατό να επιτευχθεί θετική εφαρμογή μεταξύ του σταθερού δακτυλίου και του δίσκου, η οποία επιτυγχάνεται με οδόντωση μεταξύ του σταθερού δακτυλίου και του δίσκου. Ο κυκλοειδής δίσκος συνήθως σχεδιάζεται με ένα κοντό κυκλοειδές για την ελαχιστοποίηση των δυνάμεων ανισορροπίας σε υψηλές ταχύτητες.

Σύγκριση με πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων

Σε σύγκριση με τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει ορισμένα πλεονεκτήματα. Αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν: χαμηλή αντίστροφη κίνηση, καλύτερη ικανότητα υπερφόρτωσης, συμπαγή σχεδιασμό και δυνατότητα εκτέλεσης σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει γίνει δημοφιλές στην αγορά ρομποτικής πολλαπλών αξόνων. Το κιβώτιο ταχυτήτων χρησιμοποιείται επίσης όλο και περισσότερο σε πρώτες αρθρώσεις και τοποθετητές.
Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων που αποτελείται από τέσσερα βασικά εξαρτήματα: έναν κυκλοειδή δίσκο, μια φλάντζα εξόδου, έναν δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό και έναν σταθερό δακτύλιο. Ο κυκλοειδής δίσκος κινείται από έναν έκκεντρο άξονα, ο οποίος προχωρά σε βήμα 360 μοιρών/περιστροφής/κυλίνδρου. Η φλάντζα εξόδου είναι ένας σταθερός δίσκος με πείρο που μεταδίδει την ισχύ στον άξονα εξόδου. Ο δακτυλιοειδής οδοντωτός τροχός είναι ένας σταθερός δακτύλιος και ο άξονας εισόδου συνδέεται με έναν σερβοκινητήρα.
Το κυκλικό κιβώτιο ταχυτήτων έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει την αδράνεια σε εξαιρετικά δυναμικές καταστάσεις. Αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων χρησιμοποιούνται γενικά στη ρομποτική και τους ρυθμιστές θέσης, όπου χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση βαρέων φορτίων. Χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών εφαρμογών. Έχουν υψηλότερη πυκνότητα ροπής και χαμηλή αντίστροφη κίνηση, καθιστώντας τα ιδανικά για βαριά φορτία.
Η φλάντζα εξόδου έχει επίσης σχεδιαστεί για να χειρίζεται ροπή έως και 500 Nm. Η ταχύτητα περιστροφής της είναι χαμηλότερη από αυτή του πλανητικού κιβωτίου ταχυτήτων, αλλά η ροπή εξόδου της είναι πολύ υψηλότερη. Έχει σχεδιαστεί ως κιβώτιο ταχυτήτων υψηλής απόδοσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλές αναλογίες και υψηλό επίπεδο πυκνότητας ροπής. Το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων είναι επίσης λιγότερο ακριβό και έχει λιγότερη αντίστροφη κίνηση. Ωστόσο, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει μειονεκτήματα που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό ενός κιβωτίου ταχυτήτων. Το κύριο πρόβλημα είναι οι κραδασμοί.
Σε σύγκριση με τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων, τα κυκλοειδή κιβώτια ταχυτήτων έχουν μικρότερο συνολικό μέγεθος και είναι λιγότερο ακριβά. Επιπλέον, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει μεγάλο λόγο μείωσης σε ένα στάδιο. Γενικά, τα κυκλοειδή κιβώτια ταχυτήτων έχουν ένα ή δύο στάδια, με το τρίτο στάδιο να είναι λιγότερο συνηθισμένο. Ωστόσο, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων δεν είναι ο μόνος τύπος κιβωτίου ταχυτήτων που έχει αυτόν τον τύπο διαμόρφωσης. Είναι επίσης συνηθισμένο να βρείτε ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με ένα στάδιο.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυκλικών κιβωτίων ταχυτήτων και συχνά αναφέρονται ως κυκλοειδείς μειωτήρες ταχύτητας. Αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων έχουν σχεδιαστεί για κάθε βιομηχανία που χρησιμοποιεί σερβοκινητήρες. Είναι μικρότερα από τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων και έχουν μεγαλύτερη διάμετρο για την ίδια ροπή. Μερικά από αυτά διατίθενται επίσης με αναλογία μικρότερη από 30:1.
Το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων μπορεί να αποτελέσει μια καλή επιλογή για εφαρμογές όπου υπάρχουν υψηλές ταχύτητες περιστροφής και απαιτήσεις υψηλής ροπής. Αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων είναι επίσης πιο συμπαγή από τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων και είναι κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής ροπής. Επιπλέον, είναι πιο στιβαρά και μπορούν να αντέξουν φορτία κραδασμών. Έχουν επίσης χαμηλή οπισθοδρόμηση και υψηλότερο επίπεδο ακρίβειας και ακρίβειας τοποθέτησης. Χρησιμοποιούνται επίσης σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανικής ρομποτικής.

συντάκτης από τον CX 2023-04-20