Τα πλεονεκτήματα της χρήσης ενός κυκλωνικού κιβωτίου ταχυτήτων

Η χρήση ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων για την κίνηση ενός άξονα εισόδου είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος μείωσης της ταχύτητας ενός μηχανήματος. Αυτό επιτυγχάνεται μειώνοντας την ταχύτητα του άξονα εισόδου κατά μια προκαθορισμένη αναλογία. Είναι ικανό για πολύ υψηλές αναλογίες σε σχετικά μικρά μεγέθη.

Σχέση μετάδοσης

Είτε κατασκευάζετε ένα σύστημα θαλάσσιας πρόωσης είτε μια αντλία για τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, υπάρχουν ορισμένα πλεονεκτήματα στη χρήση κυκλοειδών κιβωτίων ταχυτήτων. Σε σύγκριση με άλλους τύπους κιβωτίων ταχυτήτων, είναι πιο κοντά και έχουν καλύτερη πυκνότητα ροπής. Αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων προσφέρουν επίσης την καλύτερη ακρίβεια βάρους και τοποθέτησης.
Ο βασικός σχεδιασμός ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων είναι παρόμοιος με αυτόν ενός πλανητικού κιβωτίου ταχυτήτων. Η κύρια διαφορά έγκειται στο προφίλ των δοντιών του γραναζιού.
Τα κυκλοειδή γρανάζια έχουν λιγότερη φθορά στα πλευρά των δοντιών και χαμηλότερη τάση επαφής Hertzian. Έχουν επίσης χαμηλότερη τριβή και στρεπτική ακαμψία. Αυτά τα πλεονεκτήματα τα καθιστούν ιδανικά για εφαρμογές που περιλαμβάνουν βαριά φορτία ή υψηλής ταχύτητας μετάδοσης κίνησης. Είναι επίσης καλά για υψηλές σχέσεις μετάδοσης.
Σε ένα κυκλικό κιβώτιο ταχυτήτων, ο άξονας εισόδου κινεί ένα έκκεντρο ρουλεμάν, ενώ ο άξονας εξόδου κινεί τον κυκλικό δίσκο. Ο κυκλικός δίσκος περιστρέφεται γύρω από έναν σταθερό δακτύλιο και οι πείροι του δακτυλιοειδούς γραναζιού εμπλέκονται στις οπές του δίσκου. Οι πείροι στη συνέχεια κινούν τον άξονα εξόδου καθώς περιστρέφεται ο δίσκος.
Τα κυκλοειδή γρανάζια είναι ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν υψηλές σχέσεις μετάδοσης και χαμηλή τριβή. Είναι επίσης κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή στρεπτική ακαμψία και αντοχή σε κραδασμούς. Είναι επίσης κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν συμπαγή σχεδιασμό και χαμηλή αντίστροφη κίνηση.
Η σχέση μετάδοσης ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων καθορίζεται από τον αριθμό των λοβών στον κυκλοειδή δίσκο. Ο σχεδιασμός n=n του κυκλοειδούς δίσκου κινεί έναν λοβό ανά περιστροφή του άξονα εισόδου.
Τα κυκλοειδή γρανάζια μπορούν να κατασκευαστούν για να μειώσουν την σχέση μετάδοσης από 30:1 σε 300:1. Αυτά τα γρανάζια είναι κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, ειδικά στον κλάδο του αυτοματισμού. Προσφέρουν επίσης την καλύτερη ακρίβεια τοποθέτησης και αντίστροφη κίνηση. Ωστόσο, απαιτούν ειδικές διαδικασίες κατασκευής και μη τυποποιημένα χαρακτηριστικά.

Συμπιεστική δύναμη

Σε σύγκριση με τα συμβατικά κιβώτια ταχυτήτων, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων διαθέτει ένα μοναδικό σύνολο κινηματικής. Διαθέτει ένα έκκεντρο ρουλεμάν σε ένα περιστρεφόμενο πλαίσιο, το οποίο κινεί τον κυκλοειδή δίσκο. Χαρακτηρίζεται από χαμηλή οπισθοδρόμηση και στρεπτική ακαμψία, η οποία επιτρέπει την κίνηση με γρανάζια.
Σε αυτήν τη μελέτη, διερευνήθηκαν οι επιδράσεις των παραμέτρων σχεδιασμού για την ανάπτυξη του βέλτιστου σχεδιασμού ενός κυκλοειδούς μειωτήρα. Μελετήθηκαν τρεις κύριοι κόμβοι κύλισης: ένας κυκλοειδής δίσκος, ένας εξωτερικός δακτύλιος και ο άξονας εισόδου. Αυτοί χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των δυναμικών δυνάμεων που σχετίζονται με την κίνηση, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό τάσεων και παραμορφώσεων. Η συχνότητα εμπλοκής των γραναζιών υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας έναν τύπο, ο οποίος ενσωμάτωνε έναν συντελεστή διόρθωσης για το περιστρεφόμενο πλαίσιο του εξωτερικού δακτυλίου.
Διεξήχθη μια μελέτη τρισδιάστατης ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για την αξιολόγηση του κυκλοειδούς δίσκου. Διερευνήθηκαν οι επιδράσεις του μεγέθους των οπών στις επαγόμενες τάσεις του δίσκου. Η μελέτη εξέτασε επίσης την κυμάτωση ροπής ενός κυκλοειδούς συστήματος κίνησης.
Οι συγγραφείς αυτής της μελέτης διερεύνησαν επίσης την κατανομή της οπισθοδρόμησης στον μηχανισμό εξόδου, η οποία έλαβε υπόψη τις αποκλίσεις κατεργασίας και τη δομή και γεωμετρία του μηχανισμού εξόδου. Η μελέτη εξέτασε επίσης τη σχετική απόδοση ενός κυκλοειδούς μειωτήρα, ο οποίος βασίστηκε σε έναν κυκλοειδή μειωτήρα μονού δίσκου με διαφορά ενός δοντιού.
Οι συγγραφείς αυτής της μελέτης μπόρεσαν να συμπεράνουν την τάση επαφής του κυκλοειδούς δίσκου, η οποία υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ακαμψία επαφής που βασίζεται στο υλικό. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ακριβή προσδιορισμό των τάσεων επαφής σε ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων.
Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τις αναλογίες που απαιτούνται για τον υπολογισμό του ρυθμού φέρουσας ικανότητας. Αυτός μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο f = k (S x R) όπου S είναι ο όγκος του στοιχείου, R είναι η μάζα, k είναι η ακαμψία επαφής και f είναι το διάνυσμα δύναμης.

Κατεύθυνση περιστροφής

Σε αντίθεση με το συμβατικό γρανάζι δακτυλίου που έχει έναν μόνο άξονα περιστροφής, το κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει τρεις άξονες περιστροφής που είναι παράλληλοι και βρίσκονται σε ένα μόνο επίπεδο. Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων έχει εξαιρετική στρεπτική ακαμψία και ικανότητα φόρτισης κραδασμών. Εξασφαλίζει επίσης σταθερή γωνιακή ταχύτητα και χρησιμοποιείται σε εφαρμογές κιβωτίων ταχυτήτων υψηλής ταχύτητας.
Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων αποτελείται από έναν άξονα εισόδου, ένα κινητήριο μέλος και έναν κυκλοειδή δίσκο. Ο δίσκος περιστρέφεται προς τη μία κατεύθυνση, ενώ ο άξονας εισόδου περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο άξονας εισόδου στερεώνεται έκκεντρα στο κινητήριο μέλος. Ο κυκλοειδής δίσκος εμπλέκεται με το περίβλημα του δακτυλιοειδούς γραναζιού και η περιστροφική κίνηση του κυκλοειδούς δίσκου μεταφέρεται στον άξονα εξόδου.
Για να υπολογιστεί η κατεύθυνση περιστροφής ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων, το κυκλοειδές πρέπει να έχει τον σωστό γωνιακό προσανατολισμό και η κεντρική γραμμή του κυκλοειδούς πρέπει να είναι ευθυγραμμισμένη με το κέντρο της οπής εξόδου. Το μικρότερο μήκος του κυκλοειδούς πρέπει να είναι ίσο με την ακτίνα του κύκλου του πείρου. Η μεγαλύτερη ακτίνα του κυκλοειδούς πρέπει να είναι ίση με το μέγεθος της εξωτερικής διαμέτρου του ρουλεμάν.
Ένα μονοβάθμιο γρανάζι δεν θα έχει πολύ χώρο για να λειτουργήσει, επομένως θα χρειαστείτε ένα πολυβάθμιο γρανάζι για να μεγιστοποιήσετε τον χώρο. Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο τα κυκλοειδή γρανάζια συνήθως σχεδιάζονται με ένα κοντό κυκλοειδές.
Για τον υπολογισμό του πιο αποδοτικού προφίλ δοντιού για ένα κυκλοειδές γρανάζι, επινοήθηκε μια νέα μέθοδος. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιεί την κατεύθυνση περιστροφής του κυκλοειδούς και μερικές άλλες γεωμετρικές παραμέτρους. Χρησιμοποιώντας μια τμηματικά σχετιζόμενη με την κατανομή της γωνίας πίεσης, προσδιορίζεται το πιο αποδοτικό προφίλ του κυκλοειδούς. Στη συνέχεια, αυτό επικαλύπτεται στο θεωρητικό προφίλ. Η νέα μέθοδος είναι πολύ πιο ευέλικτη από τη συμβατική μέθοδο και μπορεί να προσαρμοστεί στις μεταβαλλόμενες τάσεις του κυκλοειδούς προφίλ.

Σχέδιο

Έχουν αναπτυχθεί διάφορα σχέδια κυκλικών κιβωτίων ταχυτήτων. Αυτά τα κιβώτια ταχυτήτων έχουν μεγάλο λόγο μείωσης σε ένα στάδιο. Χρησιμοποιούνται κυρίως για βαριά μηχανήματα. Παρέχουν καλή στρεπτική ακαμψία και ικανότητα φόρτισης κραδασμών. Ωστόσο, έχουν επίσης κραδασμούς σε υψηλές στροφές. Έχουν διεξαχθεί αρκετές μελέτες για την εξεύρεση λύσης σε αυτό το πρόβλημα.
Ένα κυκλοειδές κιβώτιο ταχυτήτων σχεδιάζεται υπολογίζοντας τον λόγο μείωσης ενός μηχανισμού. Αυτός ο λόγος λαμβάνεται από το μέγεθος της ταχύτητας εισόδου. Στη συνέχεια, αυτός πολλαπλασιάζεται με τον λόγο μείωσης του προφίλ γραναζιού.
Ο πιο σημαντικός παράγοντας στο σχεδιασμό ενός κυκλοειδούς κιβωτίου ταχυτήτων είναι η κατανομή φορτίου κατά μήκος του πλάτους του γραναζιού. Χρησιμοποιώντας αυτό ως κριτήριο σχεδιασμού, το πλάτος της δόνησης μπορεί να μειωθεί. Αυτό θα διασφαλίσει ότι το κιβώτιο ταχυτήτων λειτουργεί σωστά. Προκειμένου να δημιουργηθούν οι κατάλληλες συνθήκες ζευγαρώματος, το τροχοειδές προφίλ στην περιφέρεια του κυκλοειδούς δίσκου πρέπει να οριστεί με ακρίβεια.
Μία από τις πιο συνηθισμένες μορφές κυκλοειδών γραναζιών είναι η κυκλική οδόντωση τόξου. Αυτός είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος οδόντωσης που χρησιμοποιείται σήμερα.
Μια άλλη μορφή γραναζιού είναι το υποκυκλοειδές. Αυτή η μορφή απαιτεί η διάμετρος του κυλινδρικού κύκλου να είναι ίση με το μισό της διαμέτρου του βασικού κύκλου. Μια άλλη ειδική περίπτωση είναι η μορφή του μυτερού δοντιού. Αυτή η μορφή ονομάζεται επίσης ωρολογιακή οδόντωση.
Για να λειτουργήσει αυτό το προφίλ γραναζιού, το αρχικό σημείο επαφής πρέπει να παραμείνει σταθερό στην άκρη του κυλιόμενου δίσκου. Αυτό θα δημιουργήσει την υποκυκλοειδή καμπύλη. Η καμπύλη χαράσσεται από αυτό το αρχικό σημείο.
Για να διερευνήσουν αυτό το προφίλ γραναζιών, οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν μια τρισδιάστατη ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων. Χρησιμοποίησαν το μαθηματικό μοντέλο κατασκευής γραναζιών που περιελάμβανε κινηματικές παραμέτρους, υπολογισμούς ροπής εξόδου και βήματα κατεργασίας. Ο σχεδιασμός που προέκυψε εξάλειψε την αντίδραση.

Διαστασιολόγηση και επιλογή

Η επιλογή ενός κιβωτίου ταχυτήτων μπορεί να είναι μια περίπλοκη εργασία. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Πρέπει να προσδιορίσετε τον τύπο της εφαρμογής, την απαιτούμενη ταχύτητα, το φορτίο και την σχέση μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων. Λαμβάνοντας αυτές τις πληροφορίες, μπορείτε να βρείτε μια λύση που σας ταιριάζει καλύτερα.
Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να βρείτε το κατάλληλο μέγεθος. Υπάρχουν πολλά προγράμματα διαστασιολόγησης διαθέσιμα για να σας βοηθήσουν να προσδιορίσετε το καλύτερο κιβώτιο ταχυτήτων για την εφαρμογή σας. Μπορείτε να ξεκινήσετε σχεδιάζοντας ένα κυκλοειδές γρανάζι για να σας βοηθήσει να δημιουργήσετε το εξάρτημα.
Κατά τη διαστασιολόγηση, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη το περιβάλλον. Τα κρουστικά φορτία, οι περιβαλλοντικές συνθήκες και οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος μπορούν να αυξήσουν τη φθορά στα δόντια του γραναζιού. Η θερμοκρασία έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στο ιξώδες λίπανσης και στα υλικά στεγανοποίησης.
Πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη την ταχύτητα εισόδου και εξόδου. Αυτό συμβαίνει επειδή η ταχύτητα εισόδου θα αλλάξει τους υπολογισμούς σχέσης μετάδοσης του κιβωτίου ταχυτήτων. Εάν υπερβείτε την ταχύτητα εισόδου, μπορεί να προκαλέσετε ζημιά στις τσιμούχες και να προκαλέσετε πρόωρη φθορά στα ρουλεμάν του άξονα.
Μια άλλη σημαντική πτυχή της διαστασιολόγησης είναι ο συντελεστής λειτουργίας. Αυτός ο συντελεστής καθορίζει την ποσότητα ροπής που μπορεί να χειριστεί το κιβώτιο ταχυτήτων. Ο συντελεστής λειτουργίας μπορεί να είναι τόσο χαμηλός όσο 1,4, ο οποίος είναι επαρκής για τις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές. Ωστόσο, τα υψηλά φορτία κρουστικών και κρούσεων θα απαιτούν υψηλότερους συντελεστές λειτουργίας. Η μη λήψη υπόψη αυτών των παραγόντων μπορεί να οδηγήσει σε σπασμένους άξονες και κατεστραμμένα ρουλεμάν.
Το στυλ εξόδου είναι επίσης σημαντικό. Πρέπει να προσδιορίσετε αν θέλετε κοίλη οπή χωρίς κλειδί ή με κλειδί, καθώς και αν χρειάζεστε φλάντζα εξόδου. Εάν επιλέξετε κοίλη οπή χωρίς κλειδί, θα πρέπει να επιλέξετε ένα υλικό στεγανοποίησης που να αντέχει σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

editor by CX 2023-05-22