Come utilizzare un cambio Cyclone

Spesso, per trasmettere una coppia da un motore o da una pompa, si utilizza un riduttore cicloidale. Questo tipo di riduttore è una scelta comune in quanto presenta numerosi vantaggi rispetto a un riduttore tradizionale. Il suo principale vantaggio è la semplicità di realizzazione, che ne consente l'integrazione in diverse applicazioni. Tuttavia, per utilizzare un riduttore cicloidale è necessario conoscere alcuni aspetti, tra cui il principio di funzionamento, la struttura e gli effetti dinamici e inerziali ad esso correlati.

Effetti dinamici e inerziali

Sono stati condotti diversi studi sulle proprietà statiche e dinamiche degli ingranaggi cicloidali. Lo studio di questi effetti è utile per la progettazione ottimale dei riduttori di velocità cicloidali.
In questo articolo, sono stati studiati gli effetti dinamici e inerziali di un riduttore di velocità cicloidale a due stadi utilizzando il pacchetto software CZPT. Inoltre, è stato sviluppato un nuovo modello per i riduttori cicloidali basato sulla dinamica di contatto non lineare. Il nuovo modello ha lo scopo di prevedere diverse condizioni operative.
La forza di contatto di eccitazione normale per i dischi cicloidali del primo e del secondo stadio è molto simile. Tuttavia, la deformazione totale nel punto di contatto è diversa. Questo effetto è dovuto principalmente alle oscillazioni proprie del sistema. I dischi cicloidali del secondo stadio ruotano attorno al rullo della corona dentata con un angolo di 180°. Questo angolo contribuisce in modo significativo ai carichi di coppia. La forza di eccitazione totale sui dischi cicloidali del primo e del secondo stadio è rispettivamente di 1848 N e 2068,7 N.
Al fine di analizzare le sollecitazioni di contatto, sono stati studiati diversi profili di ingranaggi. La densità di ingranamento è stata considerata un importante criterio di progettazione. Si è constatato che un foro più grande riduce il contenuto di materiale del disco cicloidale e comporta maggiori sollecitazioni.
Inoltre, è possibile ridurre le forze di contatto in modo più efficiente modificando i parametri geometrici. Ciò può essere fatto tramite l'affinamento della mesh lungo la larghezza del disco. Il disco cicloidale ha la maggiore influenza sui risultati ottenuti.
L'efficienza di un riduttore cicloidale aumenta con l'aumentare del carico. L'efficienza di un riduttore cicloidale dipende anche dall'eccentricità dell'albero di ingresso e della piastra cicloidale. La curva di efficienza per piccoli carichi è lineare. Tuttavia, per carichi maggiori, la curva di efficienza diventa più non lineare. Questo perché la rigidezza del riduttore cicloidale aumenta con l'aumentare del carico.

Struttura

Nonostante possa sembrare un complicato rompicapo ingegneristico, la costruzione di un riduttore cicloidale è in realtà piuttosto semplice. Gli elementi chiave sono la base, la piastra di carico e il cuscinetto reggispinta. Tutti questi elementi lavorano insieme per creare un riduttore stabile e compatto.
La base è una sezione circolare con diversi perni cilindrici disposti lungo il bordo esterno. I perni sono fissati su un anello fisso che li mantiene in una traiettoria circolare. L'anello funge da cerchio di riferimento. Il diametro del cerchio è di circa 5 mm.
La piastra di carico è costituita da una serie di fori filettati disposti a 15 mm dal centro. Questi fori servono per ancorare strutture esterne. La piastra di carico deve essere ruotata attorno agli assi X e Y.
Il cuscinetto reggispinta è posizionato sopra la piastra di carico. Il cuscinetto ha un diametro interno di 35 mm e un diametro esterno di 52 mm. Serve a consentire la rotazione attorno all'asse Z.
Il disco cicloidale è l'elemento centrale del riduttore cicloidale. Il disco presenta dei fori per i perni che azionano l'albero di uscita. I fori sono più grandi di quelli utilizzati nei perni dei rulli di uscita. Il disco ha inoltre un'eccentricità ridotta.
I perni sono fissati al disco cicloidale tramite perni di rotolamento. I perni sono realizzati in un materiale che fornisce supporto meccanico all'azionamento in situazioni di coppia elevata. I perni hanno un diametro esterno di 9 mm. Il disco presenta una serie di lobi e ruota di un lobo per ogni giro dell'albero.
Il riduttore cicloidale è dotato anche di un coperchio superiore che contribuisce a tenere insieme i componenti. Il coperchio presenta una tasca per gli attrezzi ed è inoltre filettato per avvitarsi al carter.

Principio di funzionamento

Tra i numerosi tipi di trasmissioni a ingranaggi, i riduttori cicloidali trovano impiego in macchinari pesanti e robot multiasse. Sono altamente efficienti, compatti e in grado di raggiungere rapporti di trasmissione elevati. Inoltre, sono resistenti ai sovraccarichi.
I dischi cicloidali sono azionati da alberi eccentrici che ruotano attorno a perni ad anello fissi. I perni a rulli del disco si innestano nei fori del disco cicloidale. Questi perni a rulli azionano il disco, che a sua volta trasmette il movimento all'albero di uscita.
A differenza dei tradizionali riduttori a ingranaggi, i riduttori cicloidali presentano un gioco ridotto e un'elevata rigidità torsionale. Sono ideali per carichi pesanti e per tutte le tecnologie di azionamento. La massa ridotta e il design compatto del disco cicloidale contribuiscono inoltre alla sua elevata efficienza e precisione di posizionamento.
Il disco cicloidale svolge un ruolo centrale nella cinematica del riduttore. Ruota attorno a un anello fisso descrivendo una circonferenza. Quando il disco viene spinto contro la corona dentata, i perni si innestano con il disco e i rulli ruotano attorno ad esso. Questo movimento rotatorio genera vibrazioni che si propagano attraverso gli alberi condotti.
I dischi cicloidali sono generalmente progettati con una cicloide corta, in modo da minimizzare l'eccentricità. Ciò riduce le forze di squilibrio alle alte velocità. Idealmente, il numero di lobi sulla cicloide è inferiore al numero di perni circostanti. Questo riduce la quantità di sollecitazioni di contatto di Hertz.
A differenza degli ingranaggi epicicloidali, gli ingranaggi cicloidali offrono un'elevata precisione e sono in grado di resistere a carichi d'urto. Inoltre, presentano un basso attrito e una minore usura dei fianchi dei denti. Hanno anche una maggiore efficienza e capacità di carico.
Gli ingranaggi cicloidali sono generalmente più difficili da produrre rispetto agli ingranaggi a evolvente. Non sono adatti per la realizzazione di riduttori a più stadi, in quanto richiedono un'estrema precisione di fabbricazione. Tuttavia, le loro dimensioni ridotte, il gioco ridotto, l'elevata rigidità torsionale e le basse vibrazioni li rendono ideali per l'impiego in macchinari pesanti.

Profilo del dente dell'ingranaggio a evolvente

Quasi tutti gli ingranaggi sono realizzati con un profilo del dente a evolvente. Anche gli ingranaggi cicloidali sono prodotti con questo profilo. Rispetto agli ingranaggi a evolvente, gli ingranaggi cicloidali sono più robusti e possono trasmettere maggiore potenza. Tuttavia, la loro produzione può risultare più complessa, il che li rende più costosi.
Il profilo del dente dell'ingranaggio a evolvente è una curva liscia. Deriva dalla curva a evolvente di un cerchio. La tangente al cerchio di base è la normale in qualsiasi punto di un'evolvente.
Questa curva possiede proprietà che consentono ai denti dell'ingranaggio a evolvente di trasferire il movimento in direzione perpendicolare. È anche il percorso tracciato dall'estremità della corda che si srotola da un cilindro.
Il profilo a evolvente ha il vantaggio di essere facile da realizzare. Consente inoltre un accoppiamento fluido nonostante il disallineamento della distanza tra gli assi. Questo profilo è anche preferibile al profilo cicloidale, ma non è il migliore sotto ogni aspetto.
Anche i denti degli ingranaggi cicloidali sono costituiti da due curve. A differenza dei denti a evolvente, i denti degli ingranaggi cicloidali hanno un raggio costante. Gli ingranaggi cicloidali sono meno rumorosi, ma sono anche più costosi da produrre.
I denti a evolvente sono più facili da produrre perché presentano una sola curvatura. Gli ingranaggi cicloidali possono essere realizzati anche con una fresa a cremagliera, il che li rende più economici da produrre. Tuttavia, richiedono una progettazione specialistica. Possono anche essere realizzati con una formatrice di ingranaggi dotata di una fresa per pignoni.
I profili dei denti che soddisfano la legge di azione dei denti degli ingranaggi sono talvolta chiamati profili coniugati. Il profilo a evolvente è il più comune di questi. Consente una trasmissione di coppia costante.

Gioco

In genere, le trasmissioni cicloidali offrono un elevato rapporto di trasmissione senza gioco. Questo perché il disco cicloidale è azionato da un albero eccentrico. Durante la rotazione, il disco cicloidale ruota attorno a un anello fisso. Questo anello ruota anche indipendentemente dal centro di gravità.
Il disco cicloidale viene in genere accorciato per ridurre l'eccentricità. Ciò contribuisce a minimizzare le forze di squilibrio che possono verificarsi ad alte velocità. Il disco cicloidale offre inoltre un rapporto di trasmissione maggiore rispetto agli ingranaggi tradizionali, garantendo una maggiore precisione di posizionamento.
Gli azionamenti cicloidali presentano inoltre un'elevata rigidità torsionale. Ciò garantisce una maggiore resistenza alla torsione e una maggiore capacità di sopportare carichi d'urto. Questo è importante per diverse ragioni, ad esempio nelle applicazioni gravose.
Gli azionamenti cicloidali presentano anche una massa inferiore. Questi vantaggi li rendono ideali per tutte le tecnologie di azionamento. Il design consente inoltre una maggiore rigidità torsionale e una maggiore durata. Questi azionamenti hanno anche un profilo molto più compatto.
Gli azionamenti cicloidali vengono utilizzati anche per ridurre la velocità. Grazie all'elevata rigidità torsionale della cicloide, offrono anche un'elevata precisione di posizionamento.
Gli azionamenti cicloidali sono adatti a una varietà di applicazioni, tra cui motori elettrici, generatori e motori per pompe. Sono inoltre altamente resistenti ai carichi d'urto, una caratteristica importante in diverse applicazioni. Questa configurazione è ideale per applicazioni che richiedono un elevato rapporto di trasmissione in un design compatto.
Gli azionamenti cicloidali presentano anche il vantaggio di ridurre al minimo il gioco tra i componenti accoppiati. Ciò contribuisce a eliminare le interferenze e a garantire un accoppiamento preciso. Questo è particolarmente importante nei riduttori. Permette inoltre l'utilizzo di una cella di carico e di un potenziometro per determinare il gioco del riduttore.

Modificato da CX il 13/11/2023