Cómo usar una caja de cambios Cyclone

Con frecuencia, se utiliza una caja de engranajes cicloidales para la transmisión de par desde un motor o bomba. Este tipo de caja de engranajes suele ser una opción común, ya que ofrece varias ventajas sobre las cajas de engranajes convencionales. Su principal ventaja es la facilidad de fabricación, lo que permite su integración en diversas aplicaciones. Sin embargo, si desea utilizar una caja de engranajes cicloidales, es necesario conocer algunos aspectos clave, como su principio de funcionamiento, su estructura y los efectos dinámicos e inerciales asociados.

Efectos dinámicos e inerciales

Se han realizado diversos estudios sobre las propiedades estáticas y dinámicas de los engranajes cicloidales. El estudio de estos efectos resulta beneficioso para el diseño óptimo de reductores de velocidad cicloidales.
En este trabajo se investigan los efectos dinámicos e inerciales de un reductor de velocidad cicloidal de dos etapas mediante el paquete de programas CZPT. Además, se desarrolla un nuevo modelo para reductores cicloidales basado en la dinámica de contacto no lineal. Este nuevo modelo tiene como objetivo predecir diversas condiciones de funcionamiento.
La fuerza de contacto de excitación normal para los discos cicloidales de la primera y segunda etapa es muy similar. Sin embargo, la deformación total en el punto de contacto es diferente. Este efecto se debe principalmente a las oscilaciones propias del sistema. Los discos cicloidales de la segunda etapa giran alrededor del rodillo del engranaje anular con un ángulo de 180°. Este ángulo contribuye significativamente a las cargas de torsión. La fuerza de excitación total sobre los discos cicloidales de la primera y segunda etapa es de 1848 N y 2068,7 N, respectivamente.
Para analizar la tensión de contacto, se investigaron diferentes perfiles de engranajes. La densidad de la malla se consideró un criterio de diseño importante. Se observó que un orificio de mayor tamaño reduce el contenido de material del disco cicloidal y genera mayores tensiones.
Además, es posible reducir las fuerzas de contacto de forma más eficiente modificando los parámetros geométricos. Esto se puede lograr refinando la malla a lo largo del ancho del disco. El disco cicloidal es el que mayor influencia tiene en los resultados.
La eficiencia de un accionamiento cicloidal aumenta con el incremento de la carga. La eficiencia de un reductor cicloidal también depende de la excentricidad del eje de entrada y de la placa cicloidal. La curva de eficiencia para cargas pequeñas es lineal. Sin embargo, para cargas mayores, la curva de eficiencia se vuelve menos lineal. Esto se debe a que la rigidez del reductor cicloidal aumenta con la carga.

Estructura

Aunque parezca un complejo rompecabezas de ingeniería, la construcción de una caja de engranajes cicloidales es, en realidad, bastante sencilla. Los elementos clave son la base, la placa de carga y el cojinete de empuje. Todos estos elementos trabajan en conjunto para crear una caja de engranajes estable y compacta.
La base es una sección circular con varios pasadores cilíndricos alrededor de su borde exterior. Los pasadores están fijados a un anillo fijo que los mantiene alineados en un recorrido circular. El anillo sirve como círculo de referencia. El diámetro del círculo es de aproximadamente 5 mm.
La placa de carga consta de una serie de orificios roscados. Estos orificios están dispuestos a 15 mm del centro y se utilizan para anclar estructuras externas. La placa de carga debe girar sobre los ejes X e Y.
El cojinete de empuje se coloca sobre la placa de carga. Tiene un diámetro interno de 35 mm y un diámetro externo de 52 mm. Se utiliza para permitir la rotación alrededor del eje Z.
El disco cicloidal es la pieza central de la caja de engranajes cicloidal. El disco tiene orificios para los pasadores que impulsan el eje de salida. Estos orificios son más grandes que los utilizados en los pasadores de los rodillos de salida. Además, el disco presenta una excentricidad reducida.
Los pasadores se fijan al disco cicloidal mediante pasadores de rodillo. Estos pasadores están fabricados con un material que proporciona soporte mecánico al accionamiento en situaciones de alto par. Tienen un diámetro exterior de 9 mm. El disco presenta varios lóbulos y gira un lóbulo por cada revolución del eje.
La caja de engranajes cicloidales también cuenta con una tapa superior que ayuda a mantener los componentes juntos. La tapa tiene un compartimento para herramientas y roscas para atornillarla a la carcasa.

Principio de funcionamiento

Entre los diversos tipos de transmisiones por engranajes, las cajas de engranajes cicloidales se utilizan en maquinaria pesada y robots multieje. Son altamente eficientes, compactas y capaces de alcanzar altas relaciones de transmisión. Además, cuentan con capacidad de sobrecarga.
Los discos cicloidales son accionados por ejes excéntricos que giran alrededor de pasadores anulares fijos. Los pasadores de rodillo del disco de pasadores se acoplan con orificios en el disco cicloidal. Estos pasadores de rodillo impulsan el disco de pasadores, que a su vez transmite el movimiento al eje de salida.
A diferencia de los engranajes convencionales, los accionamientos cicloidales presentan una baja holgura y una alta rigidez torsional. Son ideales para cargas pesadas y se adaptan a todas las tecnologías de accionamiento. Su menor masa y diseño compacto contribuyen a su alta eficiencia y precisión de posicionamiento.
El disco cicloidal desempeña un papel fundamental en la cinemática de la caja de engranajes. Gira en círculo alrededor de un anillo fijo. Cuando el disco se presiona contra la corona dentada, los pasadores se acoplan con el disco y los rodillos giran alrededor de estos. Este movimiento rotatorio genera vibraciones que se transmiten a través de los ejes accionados.
Los discos cicloidales suelen diseñarse con una cicloide corta para minimizar la excentricidad. Esto reduce las fuerzas de desequilibrio a altas velocidades. Idealmente, el número de lóbulos de la cicloide es menor que el número de pasadores circundantes. Esto reduce la tensión de contacto de Hertz.
A diferencia de los engranajes planetarios, los engranajes cicloidales ofrecen alta precisión y son capaces de soportar cargas de impacto. Además, presentan baja fricción y menor desgaste en los flancos de los dientes. También ofrecen mayor eficiencia y capacidad de carga.
Los engranajes cicloidales suelen ser más difíciles de fabricar que los engranajes de perfil evolvente. No son adecuados para el apilamiento de etapas de engranajes, ya que requieren una precisión extrema en su fabricación. Sin embargo, su menor tamaño, su baja holgura, su alta rigidez torsional y su baja vibración los hacen ideales para su uso en maquinaria pesada.

Perfil de diente de engranaje evolvente

Casi todos los engranajes se fabrican con un perfil de diente de evolvente. Los engranajes cicloidales también se producen con este perfil. En comparación con los engranajes de evolvente, los cicloidales son más resistentes y pueden transmitir más potencia. Sin embargo, su fabricación puede ser más compleja, lo que los hace más costosos.
El perfil del diente de engranaje evolvente es una curva suave. Se deriva de la curva evolvente de un círculo. La tangente al círculo base es la normal en cualquier punto de la evolvente.
Esta curva posee propiedades que permiten que los dientes del engranaje evolvente transmitan el movimiento en dirección perpendicular. Además, es la trayectoria que describe el extremo de la cuerda al desenrollarse de un cilindro.
El perfil evolvente tiene la ventaja de ser fácil de fabricar. Además, permite un engranaje suave a pesar de la desalineación de la distancia entre centros. Este perfil también se prefiere al perfil cicloidal, aunque no es el mejor en todos los aspectos.
Los dientes de los engranajes cicloidales también están formados por dos curvas. A diferencia de los dientes de evolvente, los dientes de los engranajes cicloidales tienen un radio constante. Los engranajes cicloidales son menos propensos a generar ruido, pero su fabricación es más costosa.
Los dientes de evolvente son más fáciles de fabricar porque tienen una sola curva. Los engranajes cicloidales también se pueden fabricar con una fresa de cremallera, lo que reduce su coste de fabricación. Sin embargo, requieren un diseño especializado. También se pueden fabricar con una talladora de engranajes que incluye una fresa para piñones.
Los perfiles dentados que cumplen la ley de acción de los dientes de engranaje se denominan a veces perfiles conjugados. El perfil evolvente es el más común de ellos. Permite una transmisión de par constante.

Reacción

Por lo general, los engranajes cicloidales ofrecen una alta relación de transmisión sin holgura. Esto se debe a que el disco cicloidal es accionado por un eje excéntrico. Durante la rotación, el disco cicloidal gira alrededor de un anillo fijo, el cual también gira independientemente del centro de gravedad.
El disco cicloidal suele acortarse para reducir la excentricidad. Esto ayuda a minimizar las fuerzas de desequilibrio que pueden producirse a altas velocidades. Además, el cicloidal ofrece una mayor relación de transmisión que los engranajes tradicionales, lo que proporciona una mayor precisión de posicionamiento.
Los accionamientos cicloidales también poseen una elevada rigidez torsional. Esto proporciona una mayor resistencia a la torsión y capacidad para soportar cargas de impacto. Esto es importante por diversas razones, como en aplicaciones de servicio pesado.
Los accionamientos cicloidales también presentan una menor masa. Estas ventajas los hacen ideales para todas las tecnologías de accionamiento. Su diseño permite, además, una mayor rigidez torsional y una mayor vida útil. Estos accionamientos también tienen un perfil mucho más reducido.
Los accionamientos cicloidales también se utilizan para reducir la velocidad. Gracias a su elevada rigidez torsional, ofrecen una gran precisión de posicionamiento.
Los reductores cicloidales son idóneos para diversas aplicaciones, como motores eléctricos, generadores y motores de bombas. Además, ofrecen una alta resistencia a las cargas de choque, lo cual es importante en numerosas aplicaciones. Este diseño resulta ideal para aplicaciones que requieren una alta relación de transmisión en un formato compacto.
Los accionamientos cicloidales también ofrecen la ventaja de minimizar la holgura entre los componentes acoplados. Esto ayuda a eliminar interferencias y garantiza un ajuste perfecto. Esto es especialmente importante en las cajas de engranajes. Además, permite el uso de una célula de carga y un potenciómetro para determinar el juego de la caja de engranajes.

Editor por CX 13/04/2023