Il riduttore cicloidale

In sostanza, il riduttore cicloidale è un riduttore che utilizza un movimento cicloidale per eseguire la rotazione. Si tratta di un design molto semplice ed efficiente che può essere utilizzato in una varietà di applicazioni. Un riduttore cicloidale è spesso utilizzato in applicazioni che richiedono la movimentazione di carichi pesanti. Presenta diversi vantaggi rispetto al riduttore epicicloidale, tra cui la capacità di gestire carichi maggiori e velocità più elevate.

Effetti dinamici e inerziali di un riduttore cicloidale

Sono stati condotti diversi studi sugli effetti dinamici e inerziali di un riduttore cicloidale. Alcuni di essi si concentrano sui principi di funzionamento, mentre altri si focalizzano sul modello matematico del riduttore. Questo articolo esamina il modello matematico di un riduttore cicloidale e ne confronta le prestazioni con le misurazioni reali. È importante disporre di un modello matematico adeguato per progettare e controllare un riduttore cicloidale. Un riduttore cicloidale è un riduttore a due stadi con un disco cicloidale e una corona dentata che ruota attorno al proprio asse.
Il modello matematico è composto da oltre 1,6 milioni di elementi. Ogni coppia di ingranaggi è rappresentata da un modello ridotto con 500 modi propri. La frequenza propria per l'ingranaggio cilindrico a denti dritti è di 70 kHz. Il modello ridotto modalmente si adatta bene al riduttore cicloidale.
Il modello matematico è stato validato utilizzando il software ABAQUS. Un disco cicloidale è stato discretizzato per produrre un modello molto fine. Sono necessari 400 punti elemento per dente. È stato inoltre verificato mediante analisi statica agli elementi finiti (FEA). Questo modello è stato quindi utilizzato per modellare l'attrito statico degli ingranaggi in tutti i quadranti. Si tratta di un nuovo approccio alla modellazione dell'attrito statico in un riduttore cicloidale. È stato dimostrato che produce risultati comparabili a quelli del modello EMBS. I risultati sono stati inoltre confrontati con il modello di simulazione elastica multicorpo. Questo modello si adatta bene alle forze di contatto e alla loro entità sul disco dell'ingranaggio cicloidale. È stato inoltre riscontrato che la precisione di trasmissione tra il disco dell'ingranaggio cicloidale e la corona dentata è di circa 98,5%. Tuttavia, questo valore è inferiore alla precisione di trasmissione della coppia di ingranaggi ad anello. L'errore di trasmissione del modello corretto è di circa 0,3%. La minore precisione di trasmissione è dovuta alla minore deformazione elastica sui fianchi dei denti.
È importante notare che le forze di contatto più accurate per ciascun dente di un riduttore cicloidale non sono uniformi. La forza di contatto su un singolo dente inizia con un aumento lineare per poi terminare con un brusco calo. Non è uniforme come la forza di contatto su un punto di contatto, motivo per cui è stata paragonata alla forza di contatto su un contatto ellittico. Tuttavia, il contatto su un'ellisse è comunque relativamente piccolo e il modello EMBS non è in grado di riprodurlo.
Il modello agli elementi finiti (FE) del disco cicloidale è composto da circa 1,6 milioni di elementi. La parte più importante del modello FE è la discretizzazione del disco cicloidale. È fondamentale eseguire la discretizzazione del disco cicloidale con estrema cura a causa dell'elevato grado di vibrazione a cui è soggetto. Il disco cicloidale deve essere discretizzato finemente affinché i risultati siano confrontabili con quelli di un'analisi statica agli elementi finiti (FEA). Il modello deve essere il più accurato possibile per poter simulare con precisione le forze di contatto tra il disco cicloidale e la corona dentata.

Cinematica di un azionamento cicloidale

Utilizzando un sistema di coordinate arbitrario, possiamo osservare il movimento dei componenti in un riduttore cicloidale. Notiamo che il disco cicloidale ruota attorno a perni fissi descrivendo una circonferenza, mentre l'albero di rinvio ruota attorno alla camma eccentrica. Inoltre, osserviamo che l'albero di ingresso è montato eccentricamente sul cuscinetto a rulli.
Osserviamo inoltre che il disco cicloidale ruota indipendentemente attorno al cuscinetto eccentrico, mentre l'albero di rinvio ruota attorno a un asse di simmetria. Possiamo quindi concludere che il disco cicloidale svolge un ruolo fondamentale nella cinematica di un riduttore cicloidale.
Per calcolare l'efficienza del riduttore cicloidale, utilizziamo un modello basato sulla rigidezza non lineare dei contatti. In questo modello, la non linearità del contatto è governata dalla non linearità della forza e dalla deformazione nel contatto. Abbiamo dimostrato che l'efficienza del riduttore cicloidale aumenta all'aumentare del carico. Inoltre, l'efficienza dipende dalla velocità di scorrimento e dalle deformazioni del carico normale. Questi fattori sono considerati le variabili chiave per determinare l'efficienza dell'azionamento cicloidale.
Consideriamo anche l'efficienza del riduttore cicloidale in funzione della coppia e della velocità di ingresso. Possiamo calcolare l'efficienza dividendo la coppia netta nella corona dentata per la coppia in uscita. L'efficienza può essere regolata in base alle diverse condizioni operative. L'efficienza della trasmissione cicloidale aumenta all'aumentare del carico.
Il riduttore cicloidale è un riduttore a più stadi con un albero piccolo e un albero grande. Ha 19 denti e rondelle in ottone. I dischi esterni si muovono in opposizione al disco centrale e sono sfalsati di 180°. Il disco centrale ha una massa doppia rispetto al disco esterno. Il disco cicloidale ha nove lobi che si muovono di un lobo per ogni giro dell'albero motore. Il numero di perni nel disco deve essere inferiore al numero di perni nei perni circostanti.
L'albero di ingresso aziona un cuscinetto eccentrico in grado di trasmettere la potenza all'albero di uscita. Inoltre, l'albero di ingresso applica forze al disco cicloidale attraverso il cuscinetto intermedio. Il disco cicloidale avanza quindi con incrementi di 360°/perno/rullo. I perni dell'albero di uscita si muovono all'interno dei fori per far ruotare continuamente l'albero di uscita. L'albero di ingresso applica un movimento sinusoidale per mantenere costante la velocità dell'albero di base. Quest'onda sinusoidale provoca piccole correzioni all'albero seguace. Le forze applicate alle boccole interne fanno parte del meccanismo di equilibrio.
Inoltre, si può osservare che la trasmissione cicloidale è in grado di trasmettere una coppia maggiore rispetto all'ingranaggio epicicloidale. Ciò è dovuto alla maggiore lunghezza assiale dell'ingranaggio cicloidale e al minore diametro del foro della corona dentata. È anche possibile ottenere un accoppiamento preciso tra la corona fissa e il disco, grazie alla dentatura tra di essi. Il disco cicloidale è solitamente progettato con una cicloide corta per minimizzare le forze di squilibrio alle alte velocità.

Confronto con i riduttori epicicloidali

Rispetto ai riduttori epicicloidali, il riduttore cicloidale presenta alcuni vantaggi. Tra questi: gioco ridotto, maggiore capacità di sovraccarico, design compatto e versatilità in un'ampia gamma di applicazioni. Il riduttore cicloidale si è affermato nel mercato della robotica multiasse ed è sempre più utilizzato anche nei primi giunti e nei posizionatori.
Un riduttore cicloidale è un riduttore costituito da quattro componenti di base: un disco cicloidale, una flangia di uscita, una corona dentata e un anello fisso. Il disco cicloidale è azionato da un albero eccentrico che avanza con un passo di 360°/perno/rullo. La flangia di uscita è un disco a perno fisso che trasmette la potenza all'albero di uscita. La corona dentata è un anello fisso e l'albero di ingresso è collegato a un servomotore.
Il riduttore cicloidale è progettato per controllare l'inerzia in situazioni altamente dinamiche. Questi riduttori sono generalmente utilizzati nella robotica e nei posizionatori, dove servono per movimentare carichi pesanti. Sono inoltre comunemente impiegati in una vasta gamma di applicazioni industriali. La loro elevata densità di coppia e il ridotto gioco meccanico li rendono ideali per carichi pesanti.
La flangia di uscita è progettata per gestire una coppia fino a 500 Nm. La sua velocità di rotazione è inferiore a quella del riduttore epicicloidale, ma la coppia in uscita è molto più elevata. È progettato per essere un riduttore ad alte prestazioni e può essere utilizzato in applicazioni che richiedono rapporti elevati e un'alta densità di coppia. Il riduttore cicloidale è anche meno costoso e presenta un gioco ridotto. Tuttavia, il riduttore cicloidale presenta degli svantaggi che devono essere considerati in fase di progettazione. Il problema principale è rappresentato dalle vibrazioni.
Rispetto ai riduttori epicicloidali, i riduttori cicloidali hanno dimensioni complessive inferiori e sono meno costosi. Inoltre, il riduttore cicloidale offre un elevato rapporto di riduzione in un unico stadio. In genere, i riduttori cicloidali hanno uno o due stadi, mentre il terzo stadio è meno comune. Tuttavia, il riduttore cicloidale non è l'unico tipo di riduttore con questa configurazione. È infatti frequente trovare anche riduttori epicicloidali a singolo stadio.
Esistono diversi tipi di riduttori cicloidali, spesso chiamati anche riduttori di velocità cicloidali. Questi riduttori sono progettati per qualsiasi settore industriale che utilizzi servomotori. Sono più corti dei riduttori epicicloidali e hanno un diametro maggiore a parità di coppia. Alcuni modelli sono disponibili anche con un rapporto di riduzione inferiore a 30:1.
Il riduttore cicloidale può essere un'ottima scelta per applicazioni che richiedono elevate velocità di rotazione e coppie elevate. Questi riduttori sono inoltre più compatti rispetto ai riduttori epicicloidali e sono adatti ad applicazioni con coppie elevate. Sono anche più robusti e in grado di sopportare carichi d'urto. Presentano inoltre un gioco ridotto e un livello superiore di precisione e accuratezza di posizionamento. Trovano impiego in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la robotica industriale.

Modificato da CX il 24/05/2023