Ventajas de usar una caja de cambios ciclónica

Utilizar una caja de engranajes cicloidales para accionar un eje de entrada es una forma muy eficaz de reducir la velocidad de una máquina. Esto se logra reduciendo la velocidad del eje de entrada en una relación predeterminada. Es capaz de alcanzar relaciones muy altas en tamaños relativamente pequeños.

Relación de transmisión

Ya sea que esté diseñando un sistema de propulsión marina o una bomba para la industria del petróleo y el gas, el uso de reductores cicloidales ofrece ciertas ventajas. En comparación con otros tipos de reductores, son más compactos y presentan una mayor densidad de par. Además, estos reductores ofrecen la mejor relación peso-precisión y precisión de posicionamiento.
El diseño básico de una caja de engranajes cicloidales es similar al de una caja de engranajes planetarios. La principal diferencia radica en el perfil de los dientes de los engranajes.
Los engranajes cicloidales presentan menor desgaste en los flancos de los dientes y menor tensión de contacto de Hertz. Además, tienen menor fricción y rigidez torsional. Estas ventajas los hacen ideales para aplicaciones con cargas pesadas o transmisiones de alta velocidad. También son adecuados para relaciones de transmisión elevadas.
En una caja de engranajes cicloidales, el eje de entrada acciona un cojinete excéntrico, mientras que el eje de salida acciona el disco cicloidal. El disco cicloidal gira alrededor de un anillo fijo, y los pasadores de la corona dentada se acoplan a los orificios del disco. A medida que el disco gira, los pasadores impulsan el eje de salida.
Los engranajes cicloidales son ideales para aplicaciones que requieren altas relaciones de transmisión y baja fricción. También son adecuados para aplicaciones que requieren alta rigidez torsional y resistencia a cargas de impacto. Asimismo, son idóneos para aplicaciones que requieren un diseño compacto y baja holgura.
La relación de transmisión de una caja de engranajes cicloidales está determinada por el número de lóbulos del disco cicloidal. El diseño n=n del disco cicloidal hace que un lóbulo se mueva por cada revolución del eje de entrada.
Los engranajes cicloidales pueden fabricarse para reducir la relación de transmisión de 30:1 a 300:1. Estos engranajes son ideales para aplicaciones de alta gama, especialmente en la industria de la automatización. Además, ofrecen la mejor precisión de posicionamiento y un juego mínimo. Sin embargo, requieren procesos de fabricación especiales y características no estándar.

Fuerza de compresión

En comparación con las cajas de engranajes convencionales, la caja de engranajes cicloidales presenta una cinemática única. Cuenta con un cojinete excéntrico en un bastidor giratorio que acciona el disco cicloidal. Se caracteriza por una baja holgura y rigidez torsional, lo que permite el movimiento de engranajes.
En este estudio, se investigaron los efectos de los parámetros de diseño para desarrollar el diseño óptimo de un reductor cicloidal. Se analizaron tres nodos de rodadura principales: un disco cicloidal, una pista exterior y el eje de entrada. Estos se utilizaron para analizar las fuerzas dinámicas relacionadas con el movimiento, que permiten calcular las tensiones y deformaciones. La frecuencia de engranaje se calculó mediante una fórmula que incorporaba un factor de corrección para el sistema de referencia giratorio de la pista exterior.
Se realizó un estudio tridimensional de análisis de elementos finitos (AEF) para evaluar el disco cicloidal. Se investigaron los efectos del tamaño de los orificios sobre las tensiones inducidas en el disco. El estudio también analizó la ondulación del par en un accionamiento cicloidal.
Los autores de este estudio también analizaron la distribución del juego mecánico en el mecanismo de salida, considerando las desviaciones de mecanizado, así como la estructura y la geometría del mismo. Asimismo, se examinó la eficiencia relativa de un reductor cicloidal, basado en un reductor cicloidal de disco único con una diferencia de un diente.
Los autores de este estudio lograron deducir la tensión de contacto del disco cicloidal, la cual se calcula utilizando la rigidez de contacto basada en el material. Esto puede utilizarse para determinar con precisión las tensiones de contacto en una caja de engranajes cicloidales.
Es importante conocer las proporciones necesarias para el cálculo de la tasa de apoyo. Esto se puede calcular mediante la fórmula f = k (S x R), donde S es el volumen del elemento, R es la masa, k es la rigidez de contacto y f es el vector de fuerza.

Dirección de rotación

A diferencia de la corona dentada convencional, que tiene un solo eje de rotación, la caja de engranajes cicloidales posee tres ejes de rotación paralelos ubicados en un mismo plano. Una caja de engranajes cicloidales ofrece una excelente rigidez torsional y capacidad de carga de impacto. Además, garantiza una velocidad angular constante y se utiliza en aplicaciones de alta velocidad.
Una caja de engranajes cicloidales consta de un eje de entrada, un elemento de accionamiento y un disco cicloidal. El disco gira en una dirección, mientras que el eje de entrada gira en la dirección opuesta. El eje de entrada se monta excéntricamente en el elemento de accionamiento. El disco cicloidal engrana con la carcasa de la corona dentada, y el movimiento de rotación del disco cicloidal se transmite al eje de salida.
Para calcular el sentido de giro de una caja de engranajes cicloidales, la cicloide debe tener la orientación angular correcta y su eje central debe estar alineado con el centro del orificio de salida. La longitud mínima de la cicloide debe ser igual al radio del círculo del pasador. El radio máximo de la cicloide debe ser igual al diámetro exterior del rodamiento.
Un engranaje de una sola etapa no tendrá mucho espacio para funcionar, por lo que necesitará un engranaje de varias etapas para maximizar el espacio. Esta es también la razón por la que los engranajes cicloidales suelen diseñarse con una cicloide acortada.
Para calcular el perfil de diente más eficiente para un engranaje cicloidal, se ideó un nuevo método. Este método utiliza un modelo matemático que emplea la dirección de rotación de la cicloide y algunos otros parámetros geométricos. Mediante una función por partes relacionada con la distribución del ángulo de presión, se determina el perfil más eficiente de la cicloide. Este perfil se superpone al perfil teórico. El nuevo método es mucho más flexible que el método convencional y puede adaptarse a las tendencias cambiantes del perfil cicloidal.

Diseño

Se han desarrollado varios diseños de reductores cicloidales. Estos reductores ofrecen una gran relación de reducción en una sola etapa y se utilizan principalmente en maquinaria pesada. Proporcionan una buena rigidez torsional y capacidad de carga de impacto. Sin embargo, también presentan vibraciones a altas revoluciones. Se han realizado diversos estudios para encontrar una solución a este problema.
El diseño de una caja de engranajes cicloidales se basa en el cálculo de la relación de reducción del mecanismo. Esta relación se obtiene a partir de la velocidad de entrada y se multiplica por la relación de reducción del perfil del engranaje.
El factor más importante en el diseño de una caja de engranajes cicloidales es la distribución de la carga a lo largo del ancho del engranaje. Al utilizar este criterio de diseño, se puede reducir la amplitud de la vibración, lo que garantiza el correcto funcionamiento de la caja de engranajes. Para generar las condiciones de acoplamiento adecuadas, es fundamental definir con precisión el perfil trocoidal en la periferia del disco cicloidal.
Una de las formas más comunes de engranajes cicloidales es el dentado de arco circular. Este es el tipo de dentado más utilizado en la actualidad.
Otro tipo de engranaje es el hipocicloide. Este tipo requiere que el diámetro del círculo de rodadura sea igual a la mitad del diámetro del círculo base. Otro caso especial es el engranaje de punta. Este tipo también se conoce como engranaje de reloj.
Para que este perfil de engranaje funcione, el punto de contacto inicial debe permanecer fijo al borde del disco rodante. Esto generará la curva hipocicloide. La curva se traza a partir de este punto inicial.
Para investigar este perfil de engranaje, los autores utilizaron un análisis de elementos finitos en 3D. Emplearon el modelo matemático de fabricación de engranajes, que incluía parámetros cinemáticos, cálculos de momentos de salida y pasos de mecanizado. El diseño resultante eliminó la holgura.

Tallas y selección

Elegir una caja de cambios puede ser una tarea compleja. Hay muchos factores que deben tenerse en cuenta. Es necesario determinar el tipo de aplicación, la velocidad requerida, la carga y la relación de transmisión. Con esta información, podrá encontrar la solución que mejor se adapte a sus necesidades.
Lo primero que debes hacer es determinar el tamaño adecuado. Existen varios programas de dimensionamiento que te ayudarán a elegir la caja de engranajes más apropiada para tu aplicación. Puedes comenzar dibujando un engranaje cicloidal para ayudarte a crear la pieza.
Durante el dimensionamiento, es importante considerar el entorno. Las cargas de impacto, las condiciones ambientales y la temperatura ambiente pueden aumentar el desgaste de los dientes de los engranajes. La temperatura también influye significativamente en la viscosidad de los lubricantes y en los materiales de los sellos.
También debes tener en cuenta la velocidad de entrada y la de salida. Esto se debe a que la velocidad de entrada afectará los cálculos de la relación de transmisión de la caja de cambios. Si superas la velocidad de entrada, puedes dañar los sellos y provocar un desgaste prematuro en los cojinetes del eje.
Otro aspecto importante del dimensionamiento es el factor de servicio. Este factor determina el par máximo que puede soportar la caja de engranajes. El factor de servicio puede ser tan bajo como 1,4, lo cual es suficiente para la mayoría de las aplicaciones industriales. Sin embargo, las cargas de choque e impacto elevadas requerirán factores de servicio más altos. No tener en cuenta estos factores puede provocar la rotura de ejes y daños en los cojinetes.
El tipo de salida también es importante. Debe determinar si desea un orificio hueco sin chaveta o con chaveta, así como si necesita una brida de salida. Si elige un orificio hueco sin chaveta, deberá seleccionar un material de sellado que pueda soportar temperaturas elevadas.

editor by CX 2023-06-02