Syklonivaihteiston käytön edut

Sykloidisen vaihteiston käyttäminen tuloakselin käyttämiseen on erittäin tehokas tapa vähentää koneen nopeutta. Se tekee tämän vähentämällä tuloakselin nopeutta ennalta määrätyllä suhteella. Se pystyy erittäin suuriin välityssuhteisiin suhteellisen pienissä kokoluokissa.

Vaihteistosuhde

Olitpa sitten rakentamassa laivan propulsiojärjestelmää tai öljy- ja kaasuteollisuuden pumppua, sykloidivaihteistojen käytöllä on tiettyjä etuja. Verrattuna muihin vaihdelaatikkotyyppeihin ne ovat lyhyempiä ja niillä on parempi vääntömomenttitiheys. Nämä vaihteistot tarjoavat myös parhaan painon ja paikannustarkkuuden.
Sykloidivaihteiston perusrakenne on samanlainen kuin planeettavaihteiston. Tärkein ero on hammaspyörän hampaiden profiilissa.
Sykloidivaihteilla on vähemmän hampaan kyljen kulumista ja pienempi hertsiläinen kosketusjännitys. Niillä on myös pienempi kitka ja vääntöjäykkyys. Nämä edut tekevät niistä ihanteellisia sovelluksiin, joihin liittyy raskaita kuormia tai nopeita käyttöjä. Ne sopivat myös hyvin suurille välityssuhteille.
Sykloidisessa vaihteistossa tuloakseli käyttää epäkeskolaakeria, kun taas lähtöakseli käyttää sykloidilevyä. Sykloidilevy pyörii kiinteän renkaan ympäri, ja hammaskehän tapit koskettavat levyssä olevia reikiä. Tapit käyttävät sitten lähtöakselia levyä pyöriessä.
Sykloidivaihteet sopivat ihanteellisesti sovelluksiin, jotka vaativat suuria välityssuhteita ja pientä kitkaa. Ne sopivat myös sovelluksiin, jotka vaativat suurta vääntöjäykkyyttä ja iskukuormituksen kestävyyttä. Ne sopivat myös sovelluksiin, jotka vaativat kompaktia rakennetta ja pientä välystä.
Sykloidisen vaihteiston välityssuhde määräytyy sykloidilevyn noppien lukumäärän mukaan. Sykloidisen levyn n=n-rakenteessa yksi noppa liikkuu sisäänmenoakselin kierrosta kohden.
Sykloidivaihteita voidaan valmistaa siten, että välityssuhdetta voidaan pienentää 30:1:stä 300:1:een. Nämä vaihteet soveltuvat vaativiin sovelluksiin, erityisesti automaatioteollisuudessa. Ne tarjoavat myös parhaan paikannustarkkuuden ja välyksen. Ne vaativat kuitenkin erityisiä valmistusprosesseja ja epästandardeja ominaisuuksia.

Puristusvoima

Perinteisiin vaihteistoihin verrattuna sykloidivaihteistolla on ainutlaatuinen kinematiikka. Siinä on pyörivässä rungossa oleva epäkeskolaakeri, joka pyörittää sykloidilevyä. Sille on ominaista pieni välys ja vääntöjäykkyys, mikä mahdollistaa hammaspyöräliikkeen.
Tässä tutkimuksessa tutkittiin suunnitteluparametrien vaikutuksia sykloidivaihteiston optimaalisen suunnittelun kehittämiseksi. Tutkittiin kolmea pääasiallista vierintäsolmua: sykloidilevyä, ulkokehää ja tuloakselia. Näitä käytettiin liikkeeseen liittyvien dynaamisten voimien analysointiin, joita voidaan käyttää jännitysten ja venymien laskemiseen. Hammaspyörien kytkentätaajuus laskettiin kaavalla, joka sisälsi korjauskertoimen ulkokehän pyörivälle rungolle.
Sykloidisen kiekon arvioimiseksi tehtiin kolmiulotteinen elementtimenetelmätutkimus (FEA). Tutkittiin reikien koon vaikutusta kiekon aiheuttamiin jännityksiin. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös sykloidikäytön vääntömomentin aaltoilua.
Tämän tutkimuksen tekijät selvittivät myös välyksen jakautumista ulostulomekanismissa ottaen huomioon koneistuspoikkeamat sekä ulostulomekanismin rakenteen ja geometrian. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös sykloidialennusvaihteen suhteellista hyötysuhdetta, joka perustui yksilevyiseen sykloidialennusvaihteeseen, jossa oli yhden hampaan ero.
Tämän tutkimuksen tekijät pystyivät päättelemään sykloidiläpän kosketusjännityksen, joka lasketaan materiaalipohjaisen kosketusjäykkyyden avulla. Tätä voidaan käyttää sykloidivaihteiston tarkkojen kosketusjännitysten määrittämiseen.
On tärkeää tietää laakerinopeuden laskemiseen tarvittavat suhteet. Tämä voidaan laskea kaavalla f = k (S x R), jossa S on elementin tilavuus, R on massa, k on kosketusjäykkyys ja f on voimavektori.

Pyörimissuunta

Toisin kuin perinteisessä hammaspyörästössä, jossa on yksi pyörimisakseli, sykloidivaihteistossa on kolme yhdensuuntaista ja samassa tasossa sijaitsevaa pyörimisakselia. Sykloidivaihteistolla on erinomainen vääntöjäykkyys ja iskukuormituskyky. Se varmistaa myös vakion kulmanopeuden, ja sitä käytetään suurnopeusvaihteistosovelluksissa.
Sykloidinen vaihteisto koostuu tuloakselista, käyttöosasta ja sykloidilevystä. Levy pyörii yhteen suuntaan, kun taas tuloakseli pyörii vastakkaiseen suuntaan. Tuloakseli on kiinnitetty epäkeskisesti käyttöosaan. Sykloidinen levy on kytkentässä hammaskehän koteloon, ja sykloidisen levyn pyörimisliike siirtyy lähtöakselille.
Sykloidisen vaihteiston pyörimissuunnan laskemiseksi sykloidin kulma-asennon on oltava oikea ja sykloidin keskiviivan on oltava linjassa lähtöreiän keskipisteen kanssa. Sykloidin lyhimmän pituuden on oltava yhtä suuri kuin tapin ympyrän säde. Sykloidin suurimman säteen on oltava laakerin ulkohalkaisijan kokoinen.
Yksivaiheisella vaihteella ei ole paljon työskentelytilaa, joten tilan maksimoimiseksi tarvitset monivaiheisen vaihteen. Tästä syystä sykloidivaihteet suunnitellaan yleensä lyhennetyllä sykloidilla.
Sykloidisen hammaspyörän tehokkaimman hammasprofiilin laskemiseksi kehitettiin uusi menetelmä. Tämä menetelmä käyttää matemaattista mallia, joka hyödyntää sykloidin pyörimissuuntaa ja muutamia muita geometrisia parametreja. Painekulman jakautumiseen liittyvän paloittain määritetään sykloidin tehokkain profiili. Se sitten asetetaan teoreettisen profiilin päälle. Uusi menetelmä on paljon joustavampi kuin perinteinen menetelmä ja se pystyy mukautumaan sykloidiprofiilin muuttuviin trendeihin.

Design

Useita sykloidivaihteistojen malleja on kehitetty. Näissä vaihteistoissa on suuri alennussuhde yhdessä vaiheessa. Niitä käytetään pääasiassa raskaissa koneissa. Ne tarjoavat hyvän vääntöjäykkyyden ja iskukuormituskyvyn. Niillä on kuitenkin myös tärinää suurilla kierrosluvuilla. Tähän ongelmaan on tehty useita tutkimuksia ratkaisun löytämiseksi.
Sykloidinen vaihteisto suunnitellaan laskemalla mekanismin alennussuhde. Tämä suhde saadaan sisääntulonopeuden suuruudesta. Tämä kerrotaan sitten vaihdeprofiilin alennussuhteella.
Sykloidisen vaihteiston suunnittelussa tärkein tekijä on kuorman jakautuminen vaihteen leveyssuunnassa. Käyttämällä tätä suunnittelukriteerinä voidaan pienentää värähtelyn amplitudia. Tämä varmistaa, että vaihteisto toimii oikein. Oikeiden liitäntäolosuhteiden luomiseksi sykloidisen levyn kehän trohoidinen profiili on määriteltävä tarkasti.
Yksi yleisimmistä sykloidivaihteiden muodoista on ympyräkaarihammastus. Tämä on nykyään yleisin hammastustyyppi.
Toinen hammaspyörän muoto on hyposykloidi. Tässä muodossa pyörimisympyrän halkaisijan on oltava puolet perusympyrän halkaisijasta. Toinen erikoistapaus on kärkihammastus. Tätä muotoa kutsutaan myös kellohammastukseksi.
Jotta tämä hammaspyöräprofiili toimisi, alkupisteen on pysyttävä kiinteästi vierintälevyn reunassa. Tämä muodostaa hyposykloidikäyrän. Käyrä piirretään tästä alkupisteestä.
Tämän hammaspyöräprofiilin tutkimiseksi kirjoittajat käyttivät 3D-elementtimenetelmää. He käyttivät hammaspyörän valmistuksen matemaattista mallia, joka sisälsi kinemaattiset parametrit, lähtömomenttien laskelmat ja koneistusvaiheet. Tuloksena oleva suunnittelu poisti välyksen.

Koko ja valinta

Vaihteiston valitseminen voi olla monimutkainen tehtävä. Huomioon on otettava monia tekijöitä. Sinun on määritettävä käyttötarkoituksen tyyppi, vaadittu nopeus, kuormitus ja vaihteiston välityssuhde. Näiden tietojen avulla voit löytää itsellesi parhaiten sopivan ratkaisun.
Ensimmäinen asia, joka sinun on tehtävä, on löytää oikea koko. Saatavilla on useita koko-ohjelmia, jotka auttavat sinua määrittämään sovellukseesi parhaiten sopivan vaihteiston. Voit aloittaa piirtämällä sykloidisen hammaspyörän osan luomiseksi.
Mitoitusta tehtäessä on tärkeää ottaa huomioon ympäristö. Iskukuormat, ympäristöolosuhteet ja ympäristön lämpötila voivat lisätä hammaspyörän hampaiden kulumista. Lämpötilalla on myös merkittävä vaikutus voiteluaineen viskositeetteihin ja tiivistemateriaaleihin.
Sinun on myös otettava huomioon syöttö- ja lähtönopeus. Tämä johtuu siitä, että syöttönopeus muuttaa vaihteiston välityssuhteiden laskelmia. Jos ylität syöttönopeuden, tiivisteet voivat vaurioitua ja akselin laakerit voivat kulua ennenaikaisesti.
Toinen tärkeä mitoitustekijä on käyttökerroin. Tämä kerroin määrittää vääntömomentin, jonka vaihteisto pystyy käsittelemään. Käyttökerroin voi olla jopa niinkin alhainen kuin 1,4, mikä riittää useimpiin teollisiin sovelluksiin. Suuret isku- ja törmäyskuormat vaativat kuitenkin suurempia käyttökertoimia. Näiden tekijöiden huomiotta jättäminen voi johtaa akselien rikkoutumiseen ja laakereiden vaurioitumiseen.
Myös ulostulotyyppi on tärkeä. Sinun on määritettävä, haluatko avaimettoman vai avaimellisen onttoreikäisen venttiilin, ja tarvitsetko ulostulolaipan. Jos valitset avaimettoman onttoreikäisen venttiilin, sinun on valittava tiivistemateriaali, joka kestää korkeampia lämpötiloja.

toimittaja CX 2023-06-07