Monitoraggio delle condizioni dei riduttori ciclonici

Che tu stia pensando di utilizzare un riduttore cicloidale in casa, in ufficio o in garage, è importante assicurarsi che sia realizzato con materiali di qualità. È inoltre fondamentale che sia progettato correttamente, in modo da non danneggiarsi a causa delle vibrazioni.

Riduttori epicicloidali

Rispetto ai riduttori cicloidali, i riduttori epicicloidali sono più leggeri e compatti, ma mancano della precisione e della durata dei primi. Sono più adatti ad applicazioni con elevati requisiti di coppia o velocità. Per questo motivo, vengono solitamente utilizzati in applicazioni robotiche. Tuttavia, i riduttori cicloidali rimangono la scelta migliore per alcune applicazioni, comprese quelle che comportano carichi d'urto.
Numerosi fattori influenzano le prestazioni dei riduttori durante la produzione. Uno di questi è il numero di denti. Nei riduttori epicicloidali, il numero di denti aumenta con il numero di pianeti. Nei riduttori cicloidali, invece, il numero di denti si riduce, consentendo rapporti di trasmissione più elevati. Questi riduttori presentano anche coppie di spunto inferiori, il che significa che sono più facili da controllare per l'operatore.
Un riduttore cicloidale è composto da tre parti principali: la corona dentata, l'ingranaggio solare e l'albero di ingresso. La corona dentata è fissa nel riduttore, mentre l'ingranaggio solare trasmette la rotazione agli ingranaggi planetari. L'albero di ingresso trasferisce il movimento all'ingranaggio solare, che a sua volta lo trasmette all'albero di uscita. L'albero di uscita ha una coppia maggiore rispetto all'albero di ingresso.
Gli ingranaggi cicloidali presentano una maggiore rigidità torsionale, minore usura e minori sollecitazioni di contatto hertziane. Tuttavia, sono anche di dimensioni maggiori e richiedono una produzione di elevata precisione. La fabbricazione degli ingranaggi cicloidali può risultare più complessa rispetto a quella degli ingranaggi a evolvente, che richiedono un'elevata precisione.
Gli ingranaggi cicloidali possono offrire rapporti di trasmissione fino a 300:1, il tutto in dimensioni compatte. Inoltre, presentano minore usura e attrito, il che li rende ideali per applicazioni che richiedono un elevato rapporto di trasmissione.
I riduttori cicloidali sono generalmente dotati di un gioco di circa un minuto d'angolo. Questo gioco garantisce la precisione e il controllo necessari per un movimento accurato. Offrono inoltre bassa usura e un'elevata capacità di sopportare carichi d'urto.
I riduttori epicicloidali sono disponibili in versioni a uno o due stadi, la cui lunghezza aumenta con l'aumentare degli stadi. Oltre ai due stadi, possono essere equipaggiati con un cuscinetto di uscita opzionale, che occupa spazio di montaggio. In alcune applicazioni è disponibile anche un terzo stadio.

Ingranaggi a evolvente

In generale, gli ingranaggi a evolvente sono più complessi da produrre rispetto agli ingranaggi cicloidali. Ad esempio, il profilo del dente di un ingranaggio a evolvente presenta una singola curva, mentre quello di un ingranaggio cicloidale ne presenta due. Inoltre, la curva a evolvente non è contenuta all'interno del cerchio di base.
La curva a evolvente è una componente molto importante del dente di un ingranaggio e può influenzare significativamente la qualità dell'ingranamento tra i denti. Sono stati condotti diversi studi sull'argomento, concentrandosi principalmente sui principi di funzionamento. Inoltre, la caratteristica più importante della trasmissione cicloidale a doppio inviluppo è la presenza di doppie linee di contatto tra le coppie di denti in presa.
Gli ingranaggi cicloidali sono più potenti, meno rumorosi e durano più a lungo degli ingranaggi a evolvente. Richiedono inoltre meno operazioni di produzione. Tuttavia, gli ingranaggi cicloidali sono più costosi degli ingranaggi a evolvente. Gli ingranaggi a evolvente sono più comunemente utilizzati nei movimenti lineari, mentre gli ingranaggi cicloidali sono utilizzati per i movimenti rotatori.
Sebbene gli ingranaggi cicloidali siano tecnicamente più avanzati, gli ingranaggi a evolvente offrono una qualità superiore e sono esteticamente più gradevoli. Gli ingranaggi cicloidali trovano impiego in diverse applicazioni industriali, come pompe e compressori. Sono inoltre ampiamente utilizzati nell'industria orologiera. Ciononostante, gli ingranaggi a evolvente non hanno ancora sostituito completamente gli ingranaggi cicloidali in questo settore.
Il disco cicloidale presenta una serie di perni lungo il bordo esterno, mentre un ingranaggio a evolvente ha una sola curvatura per i denti. Inoltre, gli ingranaggi cicloidali hanno un design più robusto e affidabile. Gli ingranaggi a evolvente, d'altra parte, hanno una cremagliera più economica e denti a evolvente meno costosi.
La precisione di trasmissione del disco cicloidale è di circa 98,5%, mentre quella della corona dentata è di circa 96%. La velocità di rotazione del disco cicloidale è pari a 3 rad/s. Una piccola variazione della distanza tra i centri non influisce sulla precisione di trasmissione. Tuttavia, le fluttuazioni della velocità di rotazione possono influenzare la precisione di trasmissione.
Anche gli ingranaggi cicloidali hanno una velocità di rotazione del disco dentato cicloidale. Il disco ha N lobi. Tuttavia, la precisione di trasmissione del disco dentato cicloidale non è ancora perfetta. Ciò è dovuto agli ampi angoli di rotazione tra i lobi. Questo rende anche difficile la sua fabbricazione.

Vibrazioni

Utilizzando tecniche moderne di diagnostica delle vibrazioni e metodi basati sui dati, questo articolo presenta un nuovo approccio al monitoraggio delle condizioni dei riduttori cicloidali. Tale approccio si concentra sull'individuazione della causa principale del guasto del riduttore. L'obiettivo dell'articolo è fornire un approccio unificato ai progettisti di ingranaggi.
Il riduttore cicloidale è un riduttore di alta precisione utilizzato nelle macchine per impieghi gravosi. Ha un elevato rapporto di riduzione, che richiede una velocità di ingresso molto alta. I riduttori cicloidali offrono un'elevata precisione, ma sono soggetti a problemi di vibrazione. In questo articolo, gli autori descrivono il funzionamento di un riduttore cicloidale e le modalità di misurazione delle vibrazioni. Illustrano inoltre come questo tipo di riduttore può essere utilizzato per rilevare guasti.
Questo riduttore viene utilizzato in posizionatori, robot multiasse e macchine per impieghi gravosi. Le sue caratteristiche principali sono l'elevata precisione, la capacità di sopportare sovraccarichi e l'elevato rapporto di riduzione.
Esiste poca documentazione sulle vibrazioni e sul monitoraggio delle condizioni dei riduttori cicloidali. Gli autori descrivono il loro approccio al problema, utilizzando un riduttore cicloidale e un banco di prova. Il loro metodo prevede la misurazione della frequenza del riduttore a diverse velocità di ingresso.
I risultati mostrano una buona separazione tra lo stato di funzionamento normale e quello danneggiato. Le frequenze di guasto si manifestano nelle bande di frequenza più basse. I guasti possono essere rilevati tramite binning, che elimina la necessità di un tachimetro. Inoltre, il binning viene combinato con l'analisi delle componenti principali per determinare lo stato del cambio.
Questo metodo viene confrontato con le tecniche tradizionali. Inoltre, i risultati mostrano come il binning possa essere utilizzato per calcolare le frequenze di difetto dei cuscinetti. Viene anche utilizzato per determinare le frequenze dei componenti.
I segnali provenienti dal banco prova vengono acquisiti tramite quattro sensori. Si tratta di accelerometri a media sensibilità da 100 mV/g. I segnali vengono quindi elaborati utilizzando diverse tecniche di elaborazione del segnale. I risultati mostrano che i segnali di vibrazione sono correlati al movimento interno del cambio. Queste informazioni vengono utilizzate per identificare la frequenza interna della trasmissione.
L'analisi di frequenza dei segnali di vibrazione viene eseguita in condizioni ciclostazionarie e non ciclostazionarie. I segnali vengono quindi analizzati per determinare l'ampiezza della frequenza di ingranamento degli ingranaggi.

Progetto

Grazie all'impiego di riduttori di precisione, i servomotori sono ora in grado di controllare carichi pesanti ad alta velocità. A differenza dei dispositivi di indicizzazione a camme, gli ingranaggi cicloidali garantiscono un posizionamento estremamente preciso e una coppia elevata. Offrono inoltre un'eccellente rigidità torsionale e capacità di sopportare carichi d'urto.
Gli ingranaggi cicloidali sono progettati specificamente per ridurre al minimo le vibrazioni ad alti regimi di rotazione. A differenza degli ingranaggi a evolvente, non sono sovrapposti, il che riduce l'attrito e le forze esercitate su ciascun dente. Inoltre, gli ingranaggi cicloidali presentano una minore sollecitazione di contatto di Hertz.
Gli ingranaggi cicloidali sono spesso utilizzati nei robot multiasse per i posizionatori. Possono fornire rapporti di trasmissione fino a 300:1 in dimensioni compatte. Sono impiegati anche nei primi giunti di macchine pesanti. Tuttavia, richiedono una lavorazione estremamente precisa e sono più difficili da produrre rispetto agli ingranaggi a evolvente.
Il riduttore cicloidale è un tipo di riduttore epicicloidale. Gli ingranaggi cicloidali sono progettati specificamente per rapporti di trasmissione elevati e offrono la possibilità di ottenere un elevato rapporto di riduzione in un unico stadio. Il loro utilizzo è in costante aumento nei primi giunti delle macchine pesanti e stanno diventando sempre più comuni anche in robotica.
Per ottenere un elevato rapporto di riduzione, la velocità di ingresso dell'ingranaggio deve essere molto alta. Generalmente, la velocità di ingresso è compresa tra 500 e 4500 giri/minuto. Tuttavia, in alcuni casi, la velocità di ingresso può essere inferiore.
Una cicloide si ottiene facendo rotolare un cerchio su una base circolare. Il rapporto tra il diametro del cerchio di rotolamento e il diametro della base circolare determina la forma della cicloide. Un'ipocicloide si ottiene facendo rotolare il cerchio principalmente all'interno della base circolare, mentre un'epicicloide si ottiene facendo rotolare il cerchio principalmente all'esterno della base circolare.
Gli ingranaggi cicloidali presentano un gioco minimo, che riduce al minimo le forze esercitate su ciascun dente. Questi ingranaggi offrono inoltre una buona rigidità torsionale, un basso attrito e un'elevata capacità di sopportare carichi d'urto. Garantiscono inoltre la massima precisione di posizionamento.
Il riduttore cicloidale è stato progettato e costruito presso l'Università di Radom. Il progetto si basava su tre diversi ingranaggi cicloidali. La prima coppia presentava il profilo esterno con la dimensione nominale, mentre la seconda coppia aveva il profilo con tolleranza inferiore. La piastra di carico presentava fori filettati disposti a 15 mm dal centro.

Modificato da CX il 1° giugno 2023