Syklonivaihteiston matemaattisen mallin kehittäminen

Planeettavaihteistoihin verrattuna sykloidivaihteistoja pidetään usein ihanteellisena valintana monenlaisiin sovelluksiin. Niille on ominaista kompakti rakenne, joka on usein pienikitkainen ja jolla on korkeat alennussuhteet.

Alhainen kitka

Sykloidisen vaihteiston matemaattisen mallin kehittäminen oli haaste. Malli pystyi osoittamaan useiden geometristen parametrien vaikutukset kosketusjännityksiin. Se pystyi mallintamaan kitkaa kaikissa kvadranteissa. Se pystyi osoittamaan selkeän korrelaation simulaatiotulosten ja todellisten mittausten välillä.
Malli perustuu uuteen lähestymistapaan, joka mahdollistaa vaihteiston kaikkien kvadranttien säikeiden mallintamisen. Se pystyy myös näyttämään nollasta poikkeavan virran paikallaan ollessa. Yhdessä hyvän simulointialgoritmin kanssa mallia voidaan käyttää säädetyn järjestelmän dynaamisen käyttäytymisen parantamiseen.
Sykloidinen vaihteisto on kompakti toimilaite, jota käytetään teollisuusautomaatiossa. Tämän tyyppisessä vaihteistossa on korkeat välityssuhteet, alhainen kuluminen ja hyvä vääntöjäykkyys. Lisäksi sillä on hyvä iskukuormituskyky.
Malli perustuu sykloidilevyihin, jotka kytkeytyvät kiinteän hammaskehän tappeihin. Tuloksena oleva kitkafunktio syntyy, kun roottori alkaa pyöriä. Se syntyy myös, kun roottori kääntää pyörimissuuntansa. Mallissa on kaksi käyrää, yksi moottorikäyttöä ja yksi generaattorikäyttöä varten.
Sykloidilevyn kehän trohoidinen profiili on välttämätön pyörivien osien asianmukaiselle liitokselle. Lisäksi profiili on määriteltävä tarkasti. Tämä mahdollistaa kosketusvoimien tasaisen jakautumisen.
Mallia käytettiin vertaamaan sykloidivaihteiston ja evolventtivaihteiston suhteellista suorituskykyä. Vertailu osoittaa, että sykloidivaihteisto kestää enemmän kuormitusta kuin evolventtivaihteisto. Se myös kestää pidempään. Se pystyy myös tuottamaan suuria välityssuhteita pienessä tilassa.
Käytetty malli pystyy tallentamaan osien tarkan geometrian. Se voi myös mahdollistaa jännitysten paremman analysoinnin.

Kompakti

Toisin kuin vinohampaiset hammaspyörät, kompaktit sykloidivaihteistot voivat tarjota suurempia alennussuhteita. Ne ovat kompaktimpia ja kevyempiä. Lisäksi ne tarjoavat paremman paikannustarkkuuden.
Sykloidivaihteistot tarjoavat suuren vääntömomentin ja kuormituskyvyn. Ne ovat myös erittäin tehokkaita ja kestäviä. Ne sopivat ihanteellisesti sovelluksiin, joissa on raskaita kuormia tai äkillisiä kuormia. Niille on myös ominaista pieni välys ja suuri vääntöjäykkyys. Sykloidivaihteistoja on saatavana useissa eri malleissa.
Sykloidilevyt on asennettu epäkeskiselle tuloakselille, joka pyörittää niitä kiinteän hammaskehän ympäri. Hammaskehä koostuu useista tapeista, ja sykloidilevy liikkuu yhden nokan jokaista tuloakselin kierrosta kohden. Lähtöakselissa on rullatapit, jotka pyörivät sykloidilevyn reikien ympäri.
Sykloidivaihteistot sopivat ihanteellisesti raskaille kuormille ja iskukuormille. Niillä on suuri vääntöjäykkyys ja suuret alennussuhteet, mikä tekee niistä erittäin tehokkaita. Sykloidivaihteistoissa on pieni välys ja suuri vääntömomentti, ja ne ovat erittäin kompakteja.
Sykloidivaihteistoja käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten laivojen propulsiojärjestelmissä, CNC-työstökeskuksissa, lääketieteellisessä teknologiassa ja manipulointiroboteissa. Ne ovat erityisen hyödyllisiä sovelluksissa, joissa paikannustarkkuus on kriittinen, kuten kirurgisissa paikannusjärjestelmissä. Sykloidivaihteistoilla on erittäin pieni hystereesihäviö ja pieni välys pitkien käyttöjaksojen aikana.
Sykloidilevyt on yleensä suunniteltu pienemmällä sykloidihalkaisijalla epätasapainovoimien minimoimiseksi suurilla nopeuksilla. Sykloidikäytöille on myös ominaista minimaalinen välys, korkea alennussuhde ja erinomainen paikannustarkkuus. Sykloidivaihteistoilla on myös pitkä käyttöikä verrattuna muihin hammaspyöräkäyttöihin. Sykloidikäytöt ovat erittäin kestäviä ja tarjoavat korkeammat alennussuhteet kuin kartiohammaspyöräkäytöt.
Sykloidivaihteistot ovat edullisia ja helppoja tulostaa. CZPT-vaihteistoja on saatavana laajassa kokovalikoimassa, ja ne voivat tuottaa suuren vääntömomentin ulostuloakselille.

Korkea alennussuhde

Saatavilla olevista vaihteistotyypeistä korkean välityssuhteen sykloidivaihteisto on suosittu valinta automaatioalalla. Tätä vaihteistoa käytetään sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa tehoa ja korkeaa hyötysuhdetta.
Sykloidivaihteet voivat tuottaa suuren vääntömomentin ja siirtää sen hyvin. Niillä on pieni kitka ja pieni välys. Niitä käytetään laajalti robottiliitoksissa. Niiden valmistukseen tarvitaan kuitenkin erikoistyökaluja. Joitakin on jopa 3D-tulostettu.
Sykloidinen vaihteisto on tyypillisesti kolmivaiheinen rakenne, joka sisältää tulonavan, lähtönavan ja kaksi toistensa ympäri pyörivää sykloidista hammaspyörää. Tulonavossa on liikkuvat tapit ja rullat, kun taas lähtönavassa on kiinteä hammaskehä.
Epäkeskolaakeri pyörittää tuloakselia. Levyä painetaan sitten kehäpyörää vasten, mikä saa sen pyörimään laakerin ympäri. Levyn pyöriessä kehäpyörän tapit pyörittävät lähtöakselin tappeja.
Sisääntuloakseli pyörii enintään yhdeksän kierrosta, kun taas ulostuloakseli pyörii kolme kierrosta. Tämä tarkoittaa, että sisääntuloakselin on pyörähdyttävä yli yksitoista miljoonaa kertaa ennen kuin ulostuloakseli pystyy pyörimään. Ulostuloakseli pyörii myös sisääntuloakselin vastakkaiseen suuntaan.
Kaksivaiheisessa sykloidisessa differentiaalivaihteistossa nopeudenalennusvaihteessa sisääntuloakseli on kampiakselin muotoinen. Kampiakseli yhdistää ensimmäisen ja toisen sykloidaalisen hammaspyörän ja käyttää niitä samanaikaisesti.
Ensimmäinen vaihe on sykloidilevy, joka on hammaspyörän hammasprofiili. Sen kehällä on n = 7 lohkoa. Jokainen lohko liikkuu tappien muodostaman vertailujakoympyrän ympäri. Levy liikkuu sitten 360 asteen askelin.
Toinen vaihe on sykloidilevy, joka tunnetaan myös nimellä "hiomakoneen hammaspyörä". Ulkohammaspyörän hampaita on vähemmän kuin sisähammaspyörän hampaita. Tämä mahdollistaa hammaspyörän vaihteen pienentämisen hampaiden lukumäärän perusteella.

Kinematiikka

Useat tutkijat ovat tutkineet sykloidivaihteiston kinematiikkaa. He ovat kehittäneet erilaisia ​​lähestymistapoja sykloidivaihteiden hammasprofiilin muokkaamiseksi. Joitakin näistä lähestymistavoista ovat sykloidilevyn muodon muuttaminen ja hiomalaikan keskiasennon muuttaminen.
Tässä artikkelissa kuvataan uusi lähestymistapa sykloidivaihteiden profiilin muokkaamiseen. Se perustuu matemaattiseen malliin ja sisältää useita tärkeitä parametreja, kuten puristuskulman, välyksen ja juurivälyksen. Tutkimus tarjoaa uuden tavan suunnitella sykloidivaihteiden muokkausta robottien tarkkuusvaihteissa.
Hammasprofiilin painekulma on normaalisuunnan ja nopeussuunnan välinen kulma hammastuskohdassa. Painekulmajakauma on tärkeä hammaspyörän hampaiden voimansiirtokyvyn määrittämiseksi hammastuksissa. Jakaumajakauman trendi voidaan laskea yhtälöllä (5).
Hammasprofiilin modifikaation matemaattinen malli voidaan saada selvittämällä painekulmajakauman ja modifikaatiofunktion välinen suhde. Riippuva muuttuja on modifikaatio DL ja riippumaton muuttuja on painekulma a.
Referenssipisteen A sijainti on tärkeä huomioitava tekijä modifikaatiosuunnittelussa. Se varmistaa hammastussegmentin optimaalisen voimansiirtotehon. Se määräytyy pienimmän profiilin painekulman mukaan. Sijainti riippuu myös muokattavan hammaspyörän tyypistä. Siihen vaikuttaa myös hampaan välys.
Painekulmajakaumaa kuvaava matemaattinen malli kehitetään kaavalla DL=f(a). Se on paloittainen funktio, joka määrittää hammasprofiilin painekulmajakauman. Se voidaan ilmaista myös muodossa DL=ph.
Hampaan puristuskulma on myös kulma kytkentäpisteen yhteisen normaalin suunnan ja sykloidivaihteen pyörimisnopeuden suunnan välillä.

Planeettavaihteistot vs. sykloidivaihteistot

Yleensä liikkeenohjaussovelluksissa käytetään kahdenlaisia ​​vaihteistoja: sykloidivaihteistoa ja planeettavaihteistoa. Sykloidivaihteistoja käytetään suurtaajuisiin liikkeisiin, kun taas planeettavaihteistot soveltuvat hitaisiin sovelluksiin. Molemmat ovat erittäin tarkkoja ja täsmällisiä vaihteistoja, jotka pystyvät käsittelemään raskaita kuormia suurilla syklitasoilla. Niillä on kuitenkin erilaisia ​​etuja ja haittoja. Siksi insinöörien on määritettävä, minkä tyyppinen vaihteisto sopii parhaiten heidän sovellukseensa.
Sykloidivaihteistoja käytetään yleisesti teollisuusautomaatiossa. Ne tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn jopa 10:1-välityssuhteilla. Ne ovat kompaktimpia, niillä on suurempi vääntömomenttitiheys ja parempi ylikuormitussuoja. Ne vaativat myös vähemmän tilaa ja ovat edullisempia kuin planeettavaihteistot.
Toisaalta planeettavaihteistot ovat kevyitä ja tarjoavat suuremman vääntömomenttitiheyden. Ne pystyvät myös käsittelemään suurempia välityssuhteita. Niillä on pidempi käyttöikä ja ne ovat tarkempia ja kestävämpiä. Niitä on saatavilla useissa eri tyyleissä, mukaan lukien neliömäiset, pyöreät ja kaksoisrunkoiset mallit. Ne tarjoavat laajan valikoiman vääntömomentti- ja nopeusominaisuuksia, ja niitä käytetään lukuisissa sovelluksissa.
Sykloidivaihteistoja voidaan valmistaa erityyppisillä sykloidinokka-akseleilla, mukaan lukien yksittäiset tai yhdistelmäsykloidinokka-akselit. Sykloidinokat ovat sylinterimäisiä elementtejä, joissa on epäkeskisesti pyörivät nokka-akselin seuraajat. Nokka-akselin seuraajat toimivat kuin hampaat sisäisessä hammaspyörässä. Sykloidinokat ovat yksinkertainen konsepti, mutta niillä on lukuisia etuja. Niillä on pieni välys pitkien aikojen kuluessa, mikä mahdollistaa tarkemman asemoinnin. Niillä on myös sisäisiä puristusjännityksiä ja vierintäelementtien välinen päällekkäisyyskerroin.
Planeettavaihteistoille on ominaista kolme voimaa siirtävää peruselementtiä: kehäpyörä, aurinkopyörä ja planeettapyörä. Ne ovat yleensä kaksivaihteisia vaihteistoja. Aurinkopyörä on kiinnitetty tuloakseliin, joka puolestaan ​​on kiinnitetty servomoottoriin. Kehäpyörä pyörittää aurinkopyörää ja planeettapyörä pyörittää lähtöakselia.

editor by CX 2023-05-23