साइक्लोइड गियरबॉक्स का एक गणितीय मॉडल

साइक्लोइडल रोटर वाला गियरबॉक्स कार या किसी भी अन्य वाहन के लिए आदर्श डिज़ाइन है, क्योंकि साइक्लोइडल डिज़ाइन कंपन की तीव्रता को कम कर सकता है, जो कार के प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण घटक है। साइक्लोइडल गियरबॉक्स का उपयोग गियरबॉक्स के गियरों के बीच घर्षण को कम करने का भी एक शानदार तरीका है, जिससे शोर और टूट-फूट को कम करने में मदद मिलती है। साइक्लोइडल गियरबॉक्स उन वाहनों के लिए भी एक बहुत ही कुशल डिज़ाइन है जिन्हें उच्च भार के तहत प्रदर्शन करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि गियरबॉक्स झटके और भार के प्रति बहुत मजबूत होता है।

बुनियादी डिजाइन सिद्धांत

साइक्लोइडल गियरबॉक्स का उपयोग सटीक गियरिंग अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। साइक्लोइडल ड्राइव कॉम्पैक्ट और मजबूत होते हैं और इनमें कम बैकलैश, टॉर्शनल स्टिफ़नेस और लंबी सेवा आयु होती है। ये भारी भार वाले अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं।
साइक्लोइडल ड्राइव आकार में कॉम्पैक्ट होते हैं और बहुत उच्च अपचयन अनुपात प्रदान करते हैं। ये बेहद मजबूत भी होते हैं और झटके सहन कर सकते हैं। साइक्लोइडल ड्राइव विभिन्न प्रकार की ड्राइव तकनीकों के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त हैं। साइक्लोइडल गियर में उत्कृष्ट मरोड़ कठोरता होती है और ये 300:1 का संचरण अनुपात प्रदान कर सकते हैं। इनका उपयोग उन अनुप्रयोगों में भी किया जा सकता है जहां कई गियर चरणों को एक साथ जोड़ना वांछनीय नहीं होता है।
उच्च अपचयन अनुपात प्राप्त करने के लिए, साइक्लोइडल गियरों का निर्माण अत्यंत सटीकता से किया जाना आवश्यक है। साइक्लोइडल गियरों में घुमावदार दांत होते हैं जो संपर्क के किसी भी बिंदु पर अपरूपण बलों को दूर करते हैं। इससे गियर डिस्क के लिए एक सटीक फिट सुनिश्चित होता है। यह प्रोफाइल एक अलग बाहरी बुशिंग पर या आंतरिक गियर प्रोफाइल इंसर्ट के रूप में प्रदान किया जा सकता है।
साइक्लोइडल ड्राइव का उपयोग समुद्री प्रणोदन प्रणालियों में किया जाता है, जहाँ लोड प्लेट X और Y अक्षों के चारों ओर घूमती है। प्लेट को केंद्र से 15 मिमी की दूरी पर स्थित एक थ्रेडेड स्क्रू होल द्वारा स्थिर किया जाता है।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स में लोड प्लेट को सहारा देने के लिए एक सेकेंडरी कैरियर बॉडी का उपयोग किया जाता है। सेकेंडरी कैरियर बॉडी एक माउंटिंग कैरियर बॉडी और एक सेकेंडरी कैरियर डिस्क से मिलकर बनी होती है।

कम घर्षण

गियरों की स्थैतिक समस्याओं को समझने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं। इस शोधपत्र में, हम कम घर्षण वाले साइक्लोइडल गियरबॉक्स के एक गणितीय मॉडल पर चर्चा करते हैं। यह मॉडल उत्पादन के दौरान गियरबॉक्स के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले विभिन्न मापदंडों की गणना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
यह मॉडल एक नए दृष्टिकोण पर आधारित है जिसमें घर्षण प्रभाव और गैर-रेखीय घर्षण विशेषता शामिल है। ये पैरामीटर पारंपरिक नियम के दायरे में नहीं आते हैं।
गति की दिशा बदलने पर घर्षण बल उत्पन्न होता है। इस दौरान, गति उत्पन्न करने के लिए घर्षण बल पर बल लगाने के लिए इनपुट टॉर्क की आवश्यकता होती है। यह मॉडल हमें घर्षण बल की तीव्रता और उसकी गति की गणना करने में भी सक्षम बनाता है।
सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि इस मॉडल का उपयोग नियंत्रित प्रणाली के गतिशील व्यवहार को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। इस संदर्भ में, मॉडल की सटीकता का स्तर उच्च है। इष्टतम घर्षण-विभाजन गति ज्ञात करने के लिए गियरबॉक्स के कई क्षेत्रों में मॉडल का परीक्षण किया गया है। मॉडल के सिमुलेशन परिणाम दर्शाते हैं कि यह मॉडल कम घर्षण वाले साइक्लोइडल गियरबॉक्स की दक्षता का पूर्वानुमान लगाने में प्रभावी है।
घर्षण मॉडल के अतिरिक्त, हमने कम घर्षण वाले साइक्लोइडल रिड्यूसर की दक्षता का भी अध्ययन किया। इस गियरबॉक्स के रिडक्शन अनुपात का अनुमान सूत्र से लगाया गया। यह पाया गया कि जब मोटर टॉर्क शून्य Nm के करीब होता है, तो अनुपात ऋणात्मक अनंत के करीब पहुंच जाता है।

सघन

मानक प्लेनेटरी गियरों के विपरीत, साइक्लोइडल गियरबॉक्स कॉम्पैक्ट, कम घर्षण वाले और लगभग शून्य बैकलैश वाले होते हैं। ये उच्च रिडक्शन अनुपात, उच्च भार क्षमता और उच्च दक्षता भी प्रदान करते हैं। ये विशेषताएं इन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक उपयुक्त विकल्प बनाती हैं।
साइक्लॉइड डिस्क को एक विलक्षण इनपुट शाफ्ट द्वारा संचालित किया जाता है। इसके बाद, इसे एक स्थिर रिंग गियर द्वारा चलाया जाता है। रिंग गियर साइक्लॉइड डिस्क को उच्च गति से घुमाता है। इनपुट शाफ्ट एक पूर्ण घूर्णन पूरा करने के लिए नौ बार घूमता है। रिंग गियर को गतिशील असंतुलन को ठीक करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
CZPT साइक्लोइडल गियरहेड सटीक और स्थिर संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। ये रिड्यूसर मजबूत होते हैं और बड़े ट्रांसलोकेशन को संभाल सकते हैं। ये उच्च ओवरलोड सुरक्षा भी प्रदान करते हैं। ये शॉक वेव थेरेपी के लिए उपयुक्त हैं। CZPT गियरहेड महत्वपूर्ण स्थिति निर्धारण सटीकता वाले अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं। इनकी असेंबली और डिज़ाइन लागत भी कम होती है। इन्हें लंबे समय तक चलने और कम हिस्टैरेसिस हानि के लिए डिज़ाइन किया गया है।
CZPT साइक्लोइडल रिड्यूसर का उपयोग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें CNC मशीनिंग सेंटर, रोबोट पोजिशनर और मैनिपुलेटर शामिल हैं। इनका अनूठा डिज़ाइन आउटपुट अक्ष पर उच्च बल सहन करने में सक्षम है और ये विशेष रूप से बड़े स्थानांतरणों के लिए उपयुक्त हैं। ये गियरहेड अत्यधिक कुशल हैं, जिससे लागत कम होती है और ये विभिन्न आकारों में उपलब्ध हैं। ये मिलीमीटर सटीकता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं।

उच्च कमी अनुपात

अन्य गियरबॉक्सों की तुलना में, साइक्लोइडल गियरबॉक्स उच्च रिडक्शन अनुपात और कम बैकलैश प्रदान करते हैं। ये कम खर्चीले भी होते हैं। साइक्लोइडल गियरबॉक्सों का उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जा सकता है। ये रोबोटिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। इनकी दक्षता और भार वहन क्षमता भी उच्च होती है।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स एक साइक्लोइडल डिस्क को घुमाकर काम करता है। इस डिस्क में आउटपुट शाफ्ट पर लगे पिनों से बड़े छेद होते हैं। डिस्क के घूमने पर, आउटपुट पिन छेदों में गति करते हैं जिससे आउटपुट शाफ्ट का स्थिर घूर्णन उत्पन्न होता है। इस प्रकार के गियरबॉक्स में स्टैकिंग स्टेज की आवश्यकता नहीं होती है।
साइक्लॉइड गियरबॉक्स आमतौर पर प्लेनेटरी गियरबॉक्स से छोटे होते हैं। इसके अलावा, वे अधिक मजबूत होते हैं और अधिक टॉर्क संचारित कर सकते हैं।
साइक्लॉइड गियरबॉक्स में एक एक्सेंट्रिक कैम होता है जो साइक्लॉइडल डिस्क को चलाता है। साइक्लॉइडल डिस्क 360 डिग्री/पिवट/रोलर चरणों में आगे बढ़ती है। यह एक एक्सेंट्रिक पैटर्न में भी घूमती है। यह रिंग-गियर हाउसिंग के साथ जुड़ती है। यह रिंग-गियर हाउसिंग के आंतरिक दांतों के साथ भी संलग्न होती है।
साइक्लोइडल डिस्क पर लोबों की संख्या एक अच्छा संचरण अनुपात उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त नहीं है। वास्तव में, लोबों की संख्या साइक्लोइडल डिस्क के चारों ओर लगे पिनों की संख्या से कम होनी चाहिए।
साइक्लोइडल डिस्क को आधार शाफ्ट से निकलने वाले एक विलक्षण कैम द्वारा घुमाया जाता है। यह कैम साइक्लोइडल डिस्क के अंदर भी घूमता है। कैम की विलक्षण गति साइक्लोइडल डिस्क को रिंग-गियर हाउसिंग के पिनों के चारों ओर घूमने में मदद करती है।

कंपन के आयाम को कम करना

साइक्लोइडल गियरबॉक्स में कंपन के आयाम को कम करने के लिए विभिन्न दृष्टिकोणों का अध्ययन किया गया है। ये दृष्टिकोण गियरबॉक्स के गतिकी विश्लेषण पर आधारित हैं।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स एक ऐसा गियरबॉक्स है जिसमें बियरिंग, गियर और एक एक्सेंट्रिक बियरिंग होती है जो साइक्लोइडल डिस्क को चलाती है। इस गियरबॉक्स का रिडक्शन रेशियो बहुत अधिक होता है, जो आउटपुट शाफ्ट पिन की एक श्रृंखला द्वारा प्राप्त किया जाता है जो डिस्क के घूमने पर आउटपुट शाफ्ट को चलाती है।
अध्ययन में प्रयुक्त परीक्षण बेंच में चार सेंसर हैं। प्रत्येक सेंसर अलग-अलग सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीकों का उपयोग करके सिग्नल प्राप्त करता है। इसके अतिरिक्त, इनपुट साइड पर घूर्णी वेग में होने वाले परिवर्तनों को मापने के लिए एक टैकोमीटर भी है।
रोबोटिक गियरबॉक्स के कंपन की आवृत्ति को समझने और गियरबॉक्स में किसी खराबी का पता लगाने के लिए गतिमापी अध्ययन किया गया। यह पाया गया कि जब x और y अक्षों का आयाम कम होता है, तो गियरबॉक्स सुचारू रूप से कार्य कर रहा होता है। हालांकि, जब आयाम अधिक होता है, तो यह किसी खराबी का संकेत देता है।
कंपन संकेतों का आवृत्ति विश्लेषण चक्रस्थिर और अस्थिर दोनों स्थितियों के लिए किया जाता है। चयनित आवृत्तियाँ वे हैं जो दोनों प्रकार की स्थितियों में पाई जाती हैं।

झटके और भार के प्रति मजबूत

परंपरागत गियरबॉक्स की तुलना में, साइक्लोइडल गियरबॉक्स झटके सहन करने के मामले में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं। इनमें उच्च झटका सहन करने की क्षमता, उच्च दक्षता, कम लागत, कम वजन, कम घर्षण और बेहतर स्थिति निर्धारण सटीकता शामिल हैं।
साइक्लॉइड गियर का उपयोग उन अनुप्रयोगों में पारंपरिक प्लेनेटरी गियर के स्थान पर किया जा सकता है जहां जड़त्व महत्वपूर्ण होता है, जैसे कि भारी भार का परिवहन। इनका डिज़ाइन हल्का होता है और इन्हें अधिक कॉम्पैक्ट आकार में निर्मित किया जा सकता है, जिससे लागत और स्थापना व्यय कम हो जाते हैं। साइक्लॉइड गियर छोटे आकार में भी 300:1 तक का संचरण अनुपात प्रदान करने में सक्षम हैं।
साइक्लॉइड गियर उन अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं जहाँ लंबी सेवा अवधि आवश्यक है। इनका रेडियल क्लैम्पिंग रिंग 39% तक जड़त्व को कम करता है। साइक्लॉइड गियर की मरोड़ कठोरता पारंपरिक प्लेनेटरी गियर की तुलना में पाँच गुना अधिक होती है।
साइक्लॉइड गियरबॉक्स कंक्रीट मिक्सर में महत्वपूर्ण सुधार ला सकते हैं। इनका डिज़ाइन अत्यंत कुशल है, जिससे कई महत्वपूर्ण नवाचार संभव हो पाते हैं। ये सर्वो अनुप्रयोगों, मशीन टूल्स और चिकित्सा प्रौद्योगिकी के लिए भी आदर्श हैं। इनमें उपयोगकर्ता के अनुकूल स्क्रू कनेक्शन, प्रभावी जंग रोधक क्षमता और सुगम संचालन की सुविधा है।
साइक्लॉइड गियर उन अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयोगी होते हैं जिनमें सटीक स्थिति निर्धारण की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, बड़े परवलयिक एंटेना के नियंत्रण में, सटीकता बनाए रखने के लिए उच्च शॉक लोड क्षमता आवश्यक होती है। साइक्लॉइड गियर अपने रेटेड टॉर्क के 500% तक के शॉक लोड को सहन कर सकते हैं।

जड़त्वीय प्रभाव

गियरों की स्थैतिक समस्याओं की जांच के लिए कई अध्ययन किए गए हैं। हालांकि, नियंत्रित प्रणाली के गतिशील व्यवहार की जांच के लिए एक उपयुक्त मॉडल की आवश्यकता अभी भी बनी हुई है। इसके लिए, एक साइक्लोइडल गियरबॉक्स का गणितीय मॉडल विकसित किया गया है। प्रस्तुत मॉडल एक सरल मॉडल है जिसका उपयोग अधिक जटिल यांत्रिक मॉडल के आधार के रूप में किया जा सकता है।
यह गणितीय मॉडल साइक्लोइडल गियरबॉक्स की यांत्रिक संरचना पर आधारित है और इसमें गैर-रेखीय घर्षण विशेषता है। यह मॉडल स्थिर अवस्था में करंट के चरम मानों और अवरोधों को पुन: उत्पन्न करने में सक्षम है। यह घर्षण प्रभाव को भी ध्यान में रखता है। हालांकि, यह बैकलैश या मरोड़ कठोरता को शामिल नहीं करता है।
इस मॉडल का उपयोग मोटर द्वारा उत्पन्न टॉर्क, धारा और जड़त्व की गणना करने के लिए किया जाता है। फिर इन मानों की तुलना वास्तविक प्रणाली के मापन से की जाती है। परिणाम दर्शाते हैं कि सिमुलेशन के परिणाम वास्तविक प्रणाली के मापन के बहुत निकट हैं।
इस मॉडल के गतिशील व्यवहार को बेहतर बनाने के लिए इसमें कई मापदंडों पर विचार किया गया है। ये मापदंड हार्मोनिक ड्राइव सिस्टम विश्लेषण से प्राप्त किए गए हैं। इनमें टॉर्क उत्पन्न करने वाली धारा, जड़त्व और घूर्णनशील भागों के संपर्क बल शामिल हैं।
यह मॉडल उच्च स्तर की सटीकता रखता है और इसका उपयोग मोटर नियंत्रण के लिए किया जा सकता है। यह नियंत्रित प्रणाली के गतिशील व्यवहार को भी पुन: उत्पन्न करने में सक्षम है।

सीएक्स द्वारा संपादित, 2023-10-20