サイクロンギアボックスの状態監視

自宅、オフィス、ガレージなど、どこでサイクロイドギアボックスの使用を検討している場合でも、高品質な素材で作られていることを確認する必要があります。また、振動によって損傷しないよう、適切に設計されていることも重要です。

遊星歯車装置

サイクロイド歯車装置と比較すると、遊星歯車装置は軽量かつコンパクトですが、精度と耐久性では劣ります。高トルクまたは高速度が要求される用途に適しています。そのため、ロボット工学分野でよく使用されます。しかし、衝撃荷重がかかる用途など、一部の用途ではサイクロイド歯車装置の方が優れている場合もあります。
製造過程において、ギアボックスの性能に影響を与える要因は数多くあります。その一つが歯数です。遊星歯車機構の場合、遊星歯車の数が増えるにつれて歯数も増加します。サイクロイド歯車機構では歯数を減らすことで、より高い伝達比を実現しています。また、これらのギアボックスは始動トルクが低いため、ユーザーによる操作が容易になります。
サイクロイド歯車機構は、リングギア、サンギア、入力軸の3つの主要部品で構成されています。リングギアは歯車機構内に固定されており、サンギアは回転を遊星歯車に伝達します。入力軸はサンギアに運動を伝え、サンギアはさらにそれを出力軸に伝達します。出力軸は入力軸よりも大きなトルクを持ちます。
サイクロイド歯車は、ねじり剛性が高く、摩耗が少なく、ヘルツ接触応力も低いという利点があります。しかし、サイズが大きく、非常に高い精度が求められる製造工程が必要です。サイクロイド歯車は、高い精度が要求されるインボリュート歯車よりも製造が難しい場合があります。
サイクロイド歯車は、最大300:1の伝達比を実現でき、しかも小型で済みます。また、摩耗や摩擦が少ないため、高い伝達比が求められる用途に最適です。
サイクロイド減速機は通常、約1分角のバックラッシュを備えています。このバックラッシュにより、正確な動作に必要な精度と制御性が得られます。また、摩耗が少なく、衝撃荷重にも強いという特長があります。
遊星歯車減速機は、単段式と二段式があり、段数が増えるにつれて全長が長くなります。二段式に加え、オプションで出力ベアリングを取り付けることも可能ですが、その分取り付けスペースを占有します。用途によっては、三段式も選択できます。

インボリュート歯車

一般的に、インボリュート歯車はサイクロイド歯車よりも製造が複雑です。例えば、インボリュート歯車の歯形は単一の曲線で構成されているのに対し、サイクロイド歯車の歯形は2つの曲線で構成されています。さらに、インボリュート曲線は基礎円の内側にはありません。
インボリュート曲線は歯車の歯形において非常に重要な要素であり、歯同士の噛み合いの質に大きな影響を与えます。このテーマについては、主に動作原理に焦点を当てた様々な研究が行われてきました。さらに、二重包絡サイクロイド歯車機構の最も重要な特徴は、噛み合う歯対間の接触線が二重であることです。
サイクロイド歯車は、インボリュート歯車よりも強力で、騒音が少なく、耐久性にも優れています。また、製造工程も少なくて済みます。ただし、サイクロイド歯車はインボリュート歯車よりも高価です。インボリュート歯車は直線運動に、サイクロイド歯車は回転運動によく用いられます。
サイクロイド歯車は技術的にはより高度なものの、インボリュート歯車は品質に優れ、見た目にも美しい。サイクロイド歯車はポンプやコンプレッサーなど、様々な産業用途で使用されている。また、時計業界でも広く用いられている。しかしながら、時計業界においてインボリュート歯車がサイクロイド歯車に取って代わるまでには至っていない。
サイクロイド歯車は外周に複数のピンを備えているのに対し、インボリュート歯車は歯に単一の曲線しか持たない。さらに、サイクロイド歯車はより堅牢で信頼性の高い設計となっている。一方、インボリュート歯車はラックカッターが安価で、インボリュート歯も安価である。
サイクロイドディスクの伝達精度は約98.5%、リングギアの伝達精度は約96%です。サイクロイドディスクの回転速度は3 rad/sです。中心距離のわずかな変化は伝達精度に影響を与えませんが、回転速度の変動は伝達精度に影響を与える可能性があります。
サイクロイド歯車は、サイクロイド歯車ディスクの回転速度も特徴としています。ディスクにはN個のローブがあります。しかし、サイクロイド歯車ディスクの伝達精度は完璧ではありません。これは、ローブ間の回転角度が大きいためです。また、このことが製造を困難にしています。

振動

本稿では、振動診断のための最新技術とデータ駆動型手法を用いて、サイクロイド歯車装置の状態監視に対する新たなアプローチを提示する。このアプローチは、歯車装置の故障の根本原因の特定に重点を置いている。本稿の目的は、歯車設計者に対し、統一的なアプローチを提供することである。
サイクロイド歯車減速機は、重機に使用される高精度減速機です。減速比が大きいため、非常に大きな入力速度が必要となります。サイクロイド歯車は高い精度を誇りますが、振動の影響を受けやすいという欠点があります。本稿では、サイクロイド歯車減速機の動作原理と振動測定方法について解説します。また、この減速機を用いて故障を検出する方法についても紹介します。
このギアボックスは、ポジショナー、多軸ロボット、および重機に使用されます。このギアボックスの主な特徴は、高精度、過負荷容量、および大きな減速比です。
サイクロイド歯車装置の振動と状態監視に関する文献は少ない。著者らは、サイクロイド歯車装置と試験台を用いてこの問題に取り組むアプローチについて述べる。彼らのアプローチは、異なる入力速度で歯車装置の周波数を測定することを含む。
結果は、正常状態と損傷状態が明確に分離されていることを示しています。故障周波数は低周波数帯域に現れます。ビニングを用いることで故障を検出できるため、タコメーターは不要になります。さらに、ビニングは主成分分析と組み合わされ、ギアボックスの状態を判定します。
この方法は従来の手法と比較されます。さらに、結果は、ビニングを用いてベアリングの欠陥頻度を計算する方法を示しています。また、コンポーネントの頻度を決定するためにも使用されます。
試験台からの信号は、4つのセンサーを用いて取得されます。これらのセンサーは、中感度100mV/gの加速度計です。信号は、さまざまな信号処理技術を用いて処理されます。その結果、振動信号はギアボックスの内部運動と相関関係にあることが分かりました。この情報は、トランスミッションの内部周波数を特定するために使用されます。
振動信号の周波数解析は、定常状態と非定常状態の両方で行われます。その後、信号を解析して、歯車のかみ合い周波数の大きさを求めます。

デザイン

精密なギアボックスを使用することで、サーボモーターは高速で重負荷を制御できるようになりました。カム式インデックス機構とは異なり、サイクロイドギアは極めて正確な位置決めと高トルクを実現します。また、優れたねじり剛性と衝撃荷重耐性も備えています。
サイクロイド歯車は、高回転時における振動を最小限に抑えるように特別に設計されています。インボリュート歯車とは異なり、歯が重なり合っていないため、各歯にかかる摩擦と力が軽減されます。さらに、サイクロイド歯車はヘルツ接触応力も低くなっています。
サイクロイド歯車は、多軸ロボットの位置決め装置によく用いられます。コンパクトなパッケージで最大300:1という高い伝達比を実現できます。また、大型機械の一次ジョイ​​ントにも使用されます。しかし、極めて高い精度での製造が求められます。さらに、インボリュート歯車よりも製造が難しいという難点もあります。
サイクロイド歯車減速機は、遊星歯車減速機の一種です。サイクロイド歯車は、高い減速比を実現するために特別に設計されています。また、1段で大きな減速比を実現できるという特長も持っています。大型機械の一次減速機として使用される機会が増えており、ロボット分野でも普及が進んでいます。
大きな減速比を実現するには、ギアの入力速度を非常に高くする必要があります。一般的に、入力速度は500rpmから4500rpmの間ですが、場合によっては入力速度がこれより低くなることもあります。
サイクロイドは、転動円を基円上で転がすことによって形成されます。転動円の直径と基円の直径の比率によって、サイクロイドの形状が決まります。基円の内側を主に転がすことでハイポサイクロイドが形成され、基円の外側を主に転がすことでエピサイクロイドが形成されます。
サイクロイド歯車はバックラッシュが非常に小さいため、各歯にかかる力が最小限に抑えられます。また、ねじり剛性が高く、摩擦が少なく、衝撃荷重にも強いという特長があります。さらに、最高の位置決め精度を実現します。
このサイクロイド歯車減速機は、ラドム大学で設計・製造されました。設計は3種類のサイクロイド歯車を基にしています。最初の2組は公称寸法の外形形状を持ち、2番目の2組は公差を差し引いた外形形状を持っています。負荷プレートには、中心から15mm離れた位置にねじ穴が設けられています。

編集者：CX 2023-06-01