サイクロン式ギアボックスの設計の基本

従来のギアボックスと比較して、サイクロイドギアボックスは、高い伝達比、衝撃荷重に対する堅牢性、優れた位置決め精度など、多くの利点を提供します。しかし、サイクロイドギアボックスの設計は複雑になる場合があります。この記事では、基本的な設計原理について説明します。さらに、サイズ、位置決め精度、伝達比などのトピックについても取り上げます。

基本的な設計原則

従来のリングギアとは異なり、サイクロイドギアボックスはサイクロイドディスクを用いてトルクを増幅します。サイクロイドギアディスクの出力方向は入力軸の回転方向と逆になります。これにより、ギアの構造をよりコンパクトにすることができ、また負荷容量も増加させることができます。
サイクロイド駆動の運動学は複雑に見えるかもしれませんが、実際は非常にシンプルです。従来の歯車のように重心を中心に回転するのではなく、サイクロイドディスクは固定されたピンを中心に回転します。これにより、より高い減速比が得られます。
振動と騒音を低減するために、複数のサイクロイドディスクが使用されます。これにより、キャリアピン装置にかかる力が均一に分散されます。また、回転バランスも向上します。さらに、複数のサイクロイドディスクは、キャリアピン装置の軸方向モーメントを低減します。
サイクロイド歯車ディスクは、独立した歯車ディスクベアリングによって支持されています。この設計により、部品点数が少なくなり、摩耗も低減されます。このタイプの運動機構は、高出力密度の電動モーターにも使用できます。
サイクロイド歯車ディスクは高い減速比を実現し、コンパクトな構造を可能にします。リングギアとは異なり、サイクロイドディスクは歯数が少なく、高い減速比が得られるため、高速回転入力用途に有利です。
サイクロイド歯車ディスクには円筒形の穴が開いており、そこからキャリアピン装置が突き出ることができる。これは、キャリアピン装置が歯車ディスクの円筒形の穴の内壁に沿って転がることができるため、非常に便利である。
荷重プレートは、外部構造物の固定にも使用されます。このプレートには、中心から15mm離れた位置にねじ穴が設けられています。外径は9mm、貫通穴の直径は3mmです。

最大300:1の変速比

サイクロイド歯車減速機は、工作機械から医療画像診断装置まで、幅広い用途で使用されています。遊星歯車減速機と比較して、位置決め精度、ねじり剛性、バックラッシュ、疲労性能に優れています。
サイクロイド歯車減速機は、遊星歯車減速機よりも大きなトルクを伝達できます。さらに、ヘルツ接触応力が低く、過負荷保護性能も優れています。サイクロイド歯車減速機は、小型ながら最大300:1の変速比を実現できます。
サイクロイド歯車は長期間にわたってバックラッシュが小さいため、高い位置決め精度が求められる用途に最適です。また、耐摩耗性にも優れ、摩擦も低くなっています。さらに、軽量でねじり剛性も高いため、高負荷がかかる用途にも適しています。
サイクロイド歯車減速機にはいくつかの異なる設計があります。追加の予減速段を必要とせずに、最大300:1の減速比を実現できます。また、サイクロイド歯車はインボリュート歯車よりも高精度な製造工程を必要とします。さらに、サイクロイド歯車減速機は高出力を必要とする用途にも使用でき、衝撃荷重にも耐えることができます。
サイクロイドギアボックスは、一般的なサーボモーターのほとんどに適合させることができます。モジュール設計、全面的な防錆処理、簡単な取り付けが特徴です。サイクロイドギアはラジアルクランプリングを備えており、慣性を最大39%低減します。
CZPTグループの子会社であるCZPT Precision Europe GmbHは、ギアボックスの構成を簡素化する革新的なオンラインコンフィギュレーターを開発しました。CZPTのサイクロイドギアヘッドは、精密に製造され、堅牢で信頼性が高く、2段階減速方式を採用することで振動を最小限に抑え、均一な力配分を実現しています。
サイクロイド歯車は、30:1から300:1までの変速比を実現できます。サイクロイド歯車減速機は、可動部品が少なく、バックラッシュも小さいため、高い変速比を実現できます。

衝撃荷重に対する堅牢性

衝撃荷重によって容易に損傷する従来のギアボックスとは異なり、サイクロイドギアボックスは非常に堅牢です。搬送機器、食品製造、工作機械など、幅広い用途に適した汎用性の高いソリューションです。
サイクロイド歯車減速機の機械構造は、複数の機械部品で構成されています。これには、サイクロイド歯車、ベアリング、変換要素、およびニードルが含まれます。さらに、高いねじり剛性と傾斜モーメントを有し、非常に非線形な摩擦特性も備えています。
サイクロイド歯車減速機の衝撃荷重に対する耐性を評価するために、数理モデルが開発された。このモデルを用いて、サイクロイドディスク上の応力分布が計算された。このモデルは、より複雑な機械モデルの基礎として利用できる。
このモデルは、サイクロイド歯車のすべての象限におけるスティクションをモデル化できる新しいアプローチに基づいています。さらに、アクチュエータ制御にも応用可能です。
数学モデルと接触応力の測定手順を提示する。得られた結果を実システムでの測定結果と比較したところ、モデルと測定結果は非常に近い値を示した。
このモデルでは、荷重分布に関する様々な歯車形状の解析も可能です。さらに、異なる幾何学的パラメータを用いた接触応力の解析も行えます。ディスク幅方向のメッシュ細分化により、接触力の均一な分布が確保されます。
モータ側では、スティクション剥離速度が計算されます。次に、ギアボックスの入力側では、ゼロでない電流が導出されます。さらに、速度方向の遷移中に小さな定常状態がモデル化されます。シミュレーション結果は測定結果と比較されます。結果は、このモデルが非常に正確であることを示しています。

位置決め精度

サイクロイド歯車減速機で正確な位置決め精度を得るのは容易ではありません。これは、歯車がコンパクトで、クリアランスが比較的小さいためです。つまり、出力軸から大きなトルクが発生することが予想されます。しかし、これは全体像の一部に過ぎません。バックラッシュ、運動学的誤差、負荷など、その他の要素もすべて重要な考慮事項です。
サイクロイド減速機から最高の位置決め精度を得るには、高品質で適切な構成の減速機を選択することが重要です。適切に選択された減速機は、繰り返し発生する誤差を排除し、常に絶対的な位置決め精度を提供します。さらに、このタイプの減速機は、従来の減速機に比べていくつかの利点があります。これには、高効率、低バックラッシュ、および高い過負荷保護機能が含まれます。
ギアボックスの正確な位置決めを実現するには、専門知識を持ったサプライヤーを選ぶことも重要です。最適なサプライヤーは、製品に関する豊富な経験を持ち、幅広い製品ラインナップを提供し、製品の適切な設置とメンテナンスを保証するサポートとサービスを提供している企業です。また、メーカー保証も考慮すべき点です。信頼できるメーカーは、ギアボックスに保証を提供しています。これらの要素を考慮することで、サイクロイドギアボックスへの投資が今後長年にわたって実用的であることを確信できるでしょう。
サイクロイドギアボックスで正確な位置決め精度を得るには、この種の製品に特化したメーカーを選ぶことが重要です。特に、ロボット工学、自動塗装、その他最高の精度が求められる産業プロセスに携わっている場合はなおさらです。優れたメーカーは最新の技術を提供し、お客様の用途に最適なソリューションを見つけるための専門知識を備えています。これにより、製品の最初から最後まで成功が保証されます。

サイズ

サイクロイド歯車減速機の適切なサイズを選ぶことは、効率的な動作のために重要です。しかし、これは簡単な作業ではありません。複雑な機械加工が必要となり、多くの部品を製作しなければなりません。サイクロイド歯車減速機にはさまざまなサイズがあり、いくつかの基本的な目安を知っておくと、適切なサイズを選ぶのに役立ちます。
サイクロイド歯車減速機の適切なサイズを選ぶ際の第一の目安は、入力軸と同じ直径の減速機を使用することです。つまり、減速機の厚さは少なくとも5mm必要です。また、サイクロイド歯車減速機には、駆動軸を固定するためのベースとベアリングが必要です。ベースはピンを収容できる十分な大きさでなければなりません。ベアリングは入力軸と同じサイズでなければなりません。
次に重要な原則は、サイクロイドに出力軸用の穴を設けることです。こうすることで、出力軸は逆回転が可能になり、バックラッシュも小さくなります。出力穴は少なくとも4～6個必要です。穴のサイズは、サイクロイドの中心線がベアリングの中心線と等しくなるようにする必要があります。
Desmosグラフを使用して、ギアのパラメータを作成できます。ピンの数はサイクロイドギアの歯数と同じでなければならず、ピンのサイズはギアのサイズの2倍でなければなりません。ピンの半径はDesmosのCの値と同じでなければならず、ピン円のサイズはRの値と同じでなければなりません。
最後に、サイクロイド曲線に鋭い角や不連続点がないことを確認することが重要です。また、滑らかな線であるべきです。

editor by CX 2023-04-24