サイクロンギアボックスの基本

サイクロイド減速機は、コンパクトなだけでなく、バ​​ックラッシュが少なく、減速比も高いという特長があります。駆動装置のサイズが小さいため、設置スペースが限られている用途に最適です。

インボリュート歯形

ほぼすべての歯車はインボリュート歯形を採用しています。この歯形は単一の曲線で構成されているため、歯を互いに密接に並べる必要がありません。また、滑らかで製造も容易です。
サイクロイド歯車は、エピサイクロイド曲線とハイポサイクロイド曲線を組み合わせた形状をしています。そのため、インボリュート歯車よりも強度が高くなっています。ただし、製造コストは高くなる場合があります。また、減速比も大きく、インボリュート歯車よりも多くの動力を伝達できます。サイクロイド歯車は時計などに使用されています。
歯車を設計する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。例えば、歯数、歯の角度、潤滑油の種類などが挙げられます。歯が完全に整列していないと、伝達誤差、騒音、振動が発生する可能性があります。
インボリュート歯車の歯形は、一般的に最も優れていると考えられています。そのため、様々な種類の歯車に使用されています。この歯形の最も一般的な用途の一つは、動力伝達用歯車です。しかし、この歯形がすべての用途に最適というわけではありません。
サイクロイド歯車は、インボリュート歯車よりも複雑な製造工程を必要とするため、歯のコストが高くなる場合があります。サイクロイド歯車は、騒音の少ない用途で使用されます。
サイクロイド歯車はインボリュート歯車よりも多くの動力を伝達できます。ただし、半径が接線方向に変化すると問題が生じる可能性があります。しかし、形状はインボリュート歯車よりも単純です。インボリュート歯車はセンターシフトへの対応に優れています。
サイクロイド歯車は伝達誤差が起こりにくい。サイクロイド歯車は凸面形状をしているため、インボリュート歯車よりも強度が高い。また、サイクロイド歯車はインボリュート歯車よりも減速比が大きい。サイクロイド歯は噛み合う歯と干渉しない。ただし、歯数はインボリュート歯車よりも少ない。

ピンの基準ピッチ円の内側での回転

サイクロイド歯車減速機は、静止用途でも回転用途でも、歯車機構の基本法則を遵守しなければなりません。すなわち、角速度比は一定でなければなりません。これは、ピンの基準ピッチ円の内側の回転が一定である必要があることを意味します。この一定性は、小さなレバーのように動きを伝達する一連のサイクロイド歯によって実現されます。
サイクロイド円盤はN個のローブを持ち、N個のピンの周りを1回転するごとに3個のローブが回転する。サイクロイド円盤のローブの数は、伝達比を決定する上で重要な要素となる。
サイクロイド円盤は、出力軸内の偏心ベアリングに取り付けられた偏心入力軸によって駆動されます。入力軸が回転すると、サイクロイド円盤はピン円盤のピンの周りを移動します。
駆動ピンは40度の角度で回転し、サイクロイド円盤は基準ピッチ円の内側で回転します。駆動ピンが回転すると、出力軸の回転速度が低下します。つまり、出力軸は入力軸に対して9回転するのではなく、わずか3回転しか行わないことになります。
サイクロイド円盤の歯の数は、周囲のピンの数に比べて少なくなければなりません。また、円盤は偏心半径を持つように設計する必要があります。これにより、ピンがピン間に収まるために必要な穴のサイズが決まります。
入力軸が回転すると、サイクロイド円盤がローラーピンの基準ピッチ円の内側で回転します。これにより、出力軸に動きが伝達されます。出力軸は、出力ハウジング内の2つのベアリングによって支持されています。この設計は、摩耗が少なく、ねじり剛性に優れています。

伝達比

サイクロイド減速機の適切な変速比を選ぶのは必ずしも簡単ではありません。適切な選択をするためには、まず減速機のサイズを知る必要があるかもしれません。また、製品カタログを参照する必要がある場合もあります。例えば、CZPT減速機には独自の変速比がいくつかあります。
サイクロイド減速機は、フォロワーシャフトの角運動の方向を反転させる、小型で高速なトルク伝達装置です。サイクロイドディスクの内側に配置された偏心カムで構成されています。フォロワーシャフト上のピンローラーは、サイクロイドディスクの対応する穴に嵌合します。このとき、ピンは揺動運動に応じて穴の周りをスライドします。サイクロイドディスクは、リングギアハウジングの内歯にも噛み合うことができます。
サイクロイド減速機は、産業オートメーション、ロボット工学、船舶やクレーンの動力伝達など、幅広い用途に使用できます。サイクロイド減速機は、大きなペイロードを伴う重負荷用途に最適です。特殊な製造プロセスが必要であり、高精度な出力と高い効率が求められる機器によく使用されます。
サイクロイド減速機は比較的シンプルな構造ですが、特殊な工具が必要です。サイクロイド減速機はトルク伝達にも使用され、これが自動化分野で広く普及している理由の一つです。サイクロイド減速機は、高効率かつ低バックラッシュが求められる用途に適しています。また、サイズが重要な用途にも適しています。さらに、高速かつ高トルクが求められる用途にも最適です。
サイクロイド式変速機の変速比は、おそらく変速機の最も重要な機能です。適切な変速機を選ぶためには、変速機のサイズと搭載されているギアの種類を知っておく必要があります。

振動低減

サイクロイド歯車機構特有の挙動を考慮すると、円滑な動作のためには振動低減対策が必要となる。これらの対策は、故障の検出にも役立つ。
サイクロイド歯車減速機は、偏心軸受によって歯車の中心が回転するタイプの減速機です。常に5つの外側ローラーがトルク負荷を分担します。多くの用途に適用可能で、比較的安価な部品ですが、故障した場合は経済的に大きな損失をもたらす可能性があります。
一般的な入出力ギアボックスは、入力軸に取り付けられたリングプレートと2つのクランクで構成されています。入力軸が回転すると、リングプレートも回転します。出力軸には2つのベアリングがあります。
リングプレートはバランスが取れていないため、主要な騒音源となる。サイクロイド歯車もリングプレートと噛み合う際に騒音を発生する。この騒音は構造共振によって生じる。この問題を解決するために、いくつかの研究が行われてきた。
しかしながら、サイクロイド歯車装置の状態監視に関する研究はあまり多くありません。本稿では、振動診断のための最新技術を紹介します。
減速比が低いサイクロイド歯車減速機では、サイクロイドディスクに発生する応力が大きくなります。この場合、出力穴のサイズが大きくなり、サイクロイドディスクから除去される材料の量も増えます。ディスクの応力が増加すると、振動振幅も大きくなります。
歯車の幅方向の荷重分布は重要な設計基準である。異なる歯車形状を用いることで、トルク伝達の最適化を図ることができる。また、サイクロイド円盤の接触応力についても検討することができる。
騒音の振幅を測定するには、歯車のかみ合い周波数に軸回転数を乗じます。回転数が比較的安定している場合は、周波数を大きさの指標として使用できます。ただし、これは故障寸前の場合にのみ正確です。

遊星歯車装置との比較

サイクロイド歯車機構と遊星歯車機構にはいくつかの違いがあります。それらは歯車の形状と製造プロセスに関係しています。主な違いは以下のとおりです。
サイクロイド歯車減速機の出力軸は、入力軸よりも大きなトルクを持ちます。また、出力軸の回転速度は入力軸よりも低くなります。
サイクロイド歯車ディスクは可変速度で回転するのに対し、遊星歯車は一定速度で回転します。そのため、サイクロイドディスクと出力フランジの伝達精度は、遊星歯車よりも低くなります。
サイクロイド歯車減速機は、遊星歯車減速機よりも噛み合い面積が大きい。そのため、より大きな負荷に対応できるという利点がある。
サイクロイド形状は、歯面間の接触噛み合いの質に大きな影響を与えます。接触楕円の幅は90%増加します。これは、ローブのアンダーカットが解消された結果です。このようにして、サイクロイドディスクにかかる接触力が大幅に減少します。
サイクロイド駆動装置は、バックラッシュが少なく、ねじり剛性が高いという特長があります。そのため、衝撃荷重に対してより安定した動作を実現します。また、サイクロイド駆動装置はコンパクトな設計であるため、大きな伝達比を必要とする用途に最適です。
サイクロイドギアボックスの出力ハブには、可動ピンとローラーがあります。これらの部品は、外側ギアボックス内のリングギアに取り付けられています。出力シャフトは、遊星キャリアによっても回転します。サイクロイドシステムの出力ハブは、リングギアと出力フランジの2つの部分で構成されています。
サイクロイド歯車機構の入力軸はサーボモータに接続されています。入力軸は、遊星キャリアに固定された円筒形の要素です。

編集者：CX 2023-04-19