Kotak Gigi Siklonoidal

Pada dasarnya, gearbox sikloidal adalah gearbox yang menggunakan gerakan sikloidal untuk melakukan gerakan rotasinya. Ini adalah desain yang sangat sederhana dan efisien yang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi. Gearbox sikloidal sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pergerakan beban berat. Gearbox ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan gearbox planet, termasuk kemampuannya untuk menangani beban dan kecepatan yang lebih tinggi.

Efek dinamis dan inersia dari gearbox sikloidal

Beberapa studi telah dilakukan mengenai efek dinamis dan inersia dari gearbox sikloidal. Beberapa di antaranya berfokus pada prinsip operasi, sementara yang lain berfokus pada model matematika gearbox. Makalah ini mengkaji model matematika gearbox sikloidal, dan membandingkan kinerjanya dengan pengukuran di dunia nyata. Memiliki model matematika yang tepat sangat penting untuk mendesain dan mengendalikan gearbox sikloidal. Gearbox sikloidal adalah gearbox dua tahap dengan cakram sikloid dan roda gigi cincin yang berputar di sekitar porosnya sendiri.
Model matematika ini terdiri dari lebih dari 1,6 juta elemen. Setiap pasangan roda gigi direpresentasikan oleh model yang disederhanakan dengan 500 eigenmode. Frekuensi eigen untuk roda gigi lurus adalah 70 kHz. Model yang disederhanakan secara modal ini sangat cocok untuk gearbox sikloidal.
Model matematika divalidasi menggunakan perangkat lunak ABAQUS. Cakram sikloid didiskretisasi untuk menghasilkan model yang sangat halus. Model ini membutuhkan 400 titik elemen per gigi. Model ini juga diverifikasi menggunakan FEA statis. Model ini kemudian digunakan untuk memodelkan gesekan statis roda gigi di semua kuadran. Ini adalah pendekatan baru untuk memodelkan gesekan statis pada gearbox sikloid. Telah ditunjukkan bahwa model ini menghasilkan hasil yang sebanding dengan model EMBS. Hasilnya juga sesuai dengan model simulasi multibody elastis. Ini sangat cocok untuk gaya kontak dan besaran cakram roda gigi sikloid. Ditemukan juga bahwa akurasi transmisi antara cakram roda gigi sikloid dan roda gigi cincin sekitar 98,5%. Namun, nilai ini lebih rendah daripada akurasi transmisi pasangan roda gigi cincin. Kesalahan transmisi model yang dikoreksi sekitar 0,3%. Akurasi transmisi lebih rendah karena jumlah deformasi elastis yang lebih rendah pada sisi gigi.
Penting untuk dicatat bahwa gaya kontak yang paling akurat untuk setiap gigi pada gearbox sikloid tidaklah mulus. Gaya kontak pada satu gigi dimulai dengan peningkatan linier dan kemudian berakhir dengan penurunan tajam. Gaya ini tidak semulus gaya kontak pada kontak titik, itulah sebabnya gaya ini dibandingkan dengan gaya kontak pada kontak elips. Namun, kontak pada kontak elips masih relatif kecil, dan model EMBS tidak mampu menangkap hal ini.
Model elemen hingga (FE) untuk cakram sikloid memiliki sekitar 1,6 juta elemen. Bagian terpenting dari model FE adalah diskretisasi cakram sikloid. Diskretisasi cakram roda gigi sikloid sangat penting dilakukan dengan sangat hati-hati karena tingkat getaran yang dialaminya sangat tinggi. Cakram sikloid harus didiskretisasi dengan halus agar hasilnya sebanding dengan hasil analisis elemen hingga (FEA) statis. Model ini harus seakurat mungkin agar dapat mensimulasikan gaya kontak antara cakram sikloid dan roda gigi cincin secara akurat.

Kinematika penggerak sikloidal

Dengan menggunakan sistem koordinat sembarang, kita dapat mengamati gerakan komponen dalam gearbox sikloidal. Kita mengamati bahwa cakram sikloidal berputar mengelilingi pin tetap dalam lingkaran, sementara poros pengikut berputar mengelilingi cam eksentrik. Selain itu, kita melihat bahwa poros input dipasang secara eksentrik pada bantalan elemen gelinding.
Kami juga mengamati bahwa cakram sikloidal berputar secara independen di sekitar bantalan eksentrik, sementara poros pengikut berputar di sekitar sumbu simetri. Kita dapat menyimpulkan bahwa cakram sikloidal memainkan peran penting dalam kinematika gearbox sikloidal.
Untuk menghitung efisiensi reduktor sikloidal, kami menggunakan model yang didasarkan pada kekakuan non-linier kontak. Dalam model ini, non-linieritas kontak diatur oleh non-linieritas gaya dan deformasi pada kontak. Kami telah menunjukkan bahwa efisiensi reduktor sikloidal meningkat seiring dengan peningkatan beban. Selain itu, efisiensi bergantung pada kecepatan geser dan deformasi beban normal. Faktor-faktor ini dianggap sebagai variabel kunci untuk menentukan efisiensi penggerak sikloidal.
Kami juga mempertimbangkan efisiensi reduktor sikloidal dengan torsi masukan dan kecepatan masukan. Kita dapat menghitung efisiensi dengan membagi torsi bersih pada roda gigi cincin dengan torsi keluaran. Efisiensi dapat disesuaikan agar sesuai dengan kondisi operasi yang berbeda. Efisiensi penggerak sikloidal meningkat seiring dengan peningkatan beban.
Gearbox sikloidal adalah gearbox multi-tahap dengan poros kecil dan poros besar. Gearbox ini memiliki 19 gigi dan ring kuningan. Cakram luar bergerak berlawanan arah dengan cakram tengah, dan diimbangi sebesar 180 derajat. Cakram tengah dua kali lebih besar massanya daripada cakram luar. Cakram sikloidal memiliki sembilan lobus yang bergerak satu lobus per putaran poros penggerak. Jumlah pin pada cakram harus lebih kecil daripada jumlah pin di sekitarnya.
Poros masukan menggerakkan bantalan eksentrik yang mampu mentransmisikan daya ke poros keluaran. Selain itu, poros masukan memberikan gaya pada cakram sikloidal melalui bantalan perantara. Cakram sikloidal kemudian bergerak maju dalam langkah 360 derajat/pivot/rol. Pin poros keluaran kemudian bergerak di dalam lubang untuk membuat poros keluaran berputar terus menerus. Poros masukan memberikan gerakan sinusoidal untuk mempertahankan kecepatan konstan poros dasar. Gelombang sinus ini menyebabkan penyesuaian kecil pada poros pengikut. Gaya yang diberikan pada selongsong internal merupakan bagian dari mekanisme keseimbangan.
Selain itu, kita dapat mengamati bahwa penggerak sikloidal mampu mentransmisikan torsi yang lebih besar daripada roda gigi planet. Hal ini disebabkan oleh panjang aksial roda gigi sikloidal yang lebih besar dan diameter lubang roda gigi cincin yang lebih kecil. Selain itu, dimungkinkan untuk mencapai kesesuaian yang tepat antara cincin tetap dan cakram, yang dicapai dengan adanya gerigi di antara cincin tetap dan cakram. Cakram sikloidal biasanya dirancang dengan sikloid pendek untuk meminimalkan gaya ketidakseimbangan pada kecepatan tinggi.

Perbandingan dengan gearbox planet

Dibandingkan dengan gearbox planet, gearbox sikloidal memiliki beberapa keunggulan. Keunggulan tersebut meliputi: celah balik yang rendah, kapasitas beban berlebih yang lebih baik, desain yang ringkas, dan kemampuan untuk beroperasi dalam berbagai aplikasi. Gearbox sikloidal telah menjadi populer di pasar robotika multi-sumbu. Gearbox ini juga semakin banyak digunakan pada sambungan pertama dan pengatur posisi.
Kotak roda gigi sikloidal adalah kotak roda gigi yang terdiri dari empat komponen dasar: cakram sikloid, flensa keluaran, roda gigi cincin, dan cincin tetap. Cakram sikloid digerakkan oleh poros eksentrik, yang bergerak maju dalam langkah 360 derajat/pivot/rol. Flensa keluaran adalah cakram pin tetap yang mentransmisikan daya ke poros keluaran. Roda gigi cincin adalah cincin tetap, dan poros masukan dihubungkan ke servomotor.
Gearbox sikloidal dirancang untuk mengendalikan inersia dalam situasi yang sangat dinamis. Gearbox ini umumnya digunakan dalam robotika dan pengatur posisi, di mana mereka digunakan untuk memposisikan beban berat. Mereka juga umum digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Mereka memiliki kepadatan torsi yang lebih tinggi dan celah balik yang rendah, sehingga ideal untuk beban berat.
Flensa keluaran juga dirancang untuk menangani torsi hingga 500 Nm. Kecepatan putarannya lebih rendah daripada gearbox planet, tetapi torsi keluarannya jauh lebih tinggi. Gearbox ini dirancang sebagai gearbox berkinerja tinggi, dan dapat digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan rasio tinggi dan tingkat kepadatan torsi yang tinggi. Gearbox sikloid juga lebih murah dan memiliki celah balik yang lebih kecil. Namun, gearbox sikloid memiliki beberapa kekurangan yang perlu dipertimbangkan saat mendesain gearbox. Masalah utamanya adalah getaran.
Dibandingkan dengan gearbox planet, gearbox sikloidal memiliki ukuran keseluruhan yang lebih kecil dan lebih murah. Selain itu, gearbox sikloidal memiliki rasio reduksi yang besar dalam satu tahap. Secara umum, gearbox sikloidal memiliki satu atau dua tahap, dengan tahap ketiga yang kurang umum. Namun, gearbox sikloidal bukanlah satu-satunya jenis gearbox yang memiliki konfigurasi seperti ini. Gearbox planet dengan satu tahap juga umum ditemukan.
Terdapat beberapa jenis gearbox sikloidal yang berbeda, dan sering disebut sebagai peredam kecepatan sikloidal. Gearbox ini dirancang untuk industri apa pun yang menggunakan servo. Gearbox ini lebih pendek daripada gearbox planet, dan memiliki diameter yang lebih besar untuk torsi yang sama. Beberapa di antaranya juga tersedia dengan rasio lebih rendah dari 30:1.
Gearbox sikloid dapat menjadi pilihan yang baik untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan putaran tinggi dan torsi tinggi. Gearbox ini juga lebih kompak daripada gearbox planet, dan cocok untuk aplikasi torsi tinggi. Selain itu, gearbox ini lebih kokoh dan dapat menahan beban kejut. Gearbox ini juga memiliki celah (backlash) yang rendah, serta tingkat akurasi dan ketepatan posisi yang lebih tinggi. Gearbox ini juga digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk robotika industri.

editor by CX 2023-06-12