사이클론 기어박스의 상태 모니터링

가정, 사무실 또는 차고에서 사이클로이드 기어박스를 사용하려는 경우, 품질 좋은 재질로 만들어졌는지 확인하는 것이 중요합니다. 또한 진동으로 인해 손상되지 않도록 제대로 설계되었는지도 확인해야 합니다.

유성 기어박스

사이클로이드 기어박스와 비교했을 때, 유성 기어박스는 더 가볍고 소형이지만 정밀도와 내구성은 떨어집니다. 유성 기어박스는 높은 토크나 속도가 요구되는 용도에 더 적합하며, 주로 로봇 공학 분야에 사용됩니다. 하지만 충격 하중이 가해지는 경우 등 특정 용도에서는 사이클로이드 기어박스가 여전히 더 나은 선택일 수 있습니다.
생산 과정에서 기어박스의 성능에 영향을 미치는 요소는 여러 가지가 있습니다. 그중 하나가 톱니의 개수입니다. 유성 기어박스의 경우, 유성 기어의 개수가 늘어날수록 톱니의 개수도 늘어납니다. 반면 사이클로이드 기어박스는 톱니의 개수가 줄어들어 더 높은 변속비를 얻을 수 있습니다. 또한 사이클로이드 기어박스는 초기 작동 토크가 낮아 사용자가 더욱 쉽게 제어할 수 있습니다.
사이클로이드 기어박스는 링 기어, 선 기어, 입력축의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 링 기어는 기어박스에 고정되어 있으며, 선 기어는 회전력을 유성 기어에 전달합니다. 입력축은 선 기어에 운동을 전달하고, 선 기어는 다시 출력축으로 운동을 전달합니다. 출력축은 입력축보다 더 큰 토크를 발생시킵니다.
사이클로이드 기어는 비틀림 강성이 우수하고 마모가 적으며 헤르츠 접촉 응력이 낮습니다. 그러나 크기가 크고 매우 정밀한 제조가 필요합니다. 사이클로이드 기어는 높은 정밀도를 요구하는 인벌류트 기어보다 제조가 더 어려울 수 있습니다.
사이클로이드 기어는 최대 300:1의 변속비를 제공할 수 있으며, 이를 작은 크기에 구현할 수 있습니다. 또한 마모와 마찰이 적어 높은 변속비가 요구되는 용도에 이상적입니다.
사이클로이드 기어박스는 일반적으로 약 1분각의 백래시를 가지고 있습니다. 이 백래시는 정확한 움직임에 필요한 정밀도와 제어력을 제공합니다. 또한 마모가 적고 충격 하중을 잘 견뎌냅니다.
유성 기어박스는 단일 단 및 2단 설계로 제공되며, 단수가 추가될수록 길이가 길어집니다. 2단 외에도 선택 사양으로 출력 베어링을 장착할 수 있으며, 이 경우 장착 공간이 필요합니다. 일부 용도에서는 3단도 사용 가능합니다.

인벌류트 기어

일반적으로 인벌류트 기어는 사이클로이드 기어보다 제조가 더 복잡합니다. 예를 들어, 인벌류트 기어의 톱니 형상은 하나의 곡선으로 이루어져 있는 반면, 사이클로이드 기어의 톱니 형상은 두 개의 곡선으로 이루어져 있습니다. 또한, 인벌류트 곡선은 기준 원 내부에 있지 않습니다.
인벌류트 곡선은 기어 톱니의 매우 중요한 구성 요소이며, 톱니 사이의 접촉 맞물림 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 이 주제에 대해서는 주로 작동 원리에 초점을 맞춰 다양한 연구가 진행되어 왔습니다. 또한, 이중 포락 사이클로이드 구동 장치의 가장 중요한 특징은 맞물리는 톱니 쌍 사이에 이중 접촉선이 존재한다는 점입니다.
사이클로이드 기어는 인벌류트 기어보다 힘이 강하고 소음이 적으며 수명이 깁니다. 또한 생산 과정에서 필요한 가공 횟수도 적습니다. 하지만 사이클로이드 기어는 인벌류트 기어보다 가격이 비쌉니다. 인벌류트 기어는 주로 직선 운동에 사용되는 반면, 사이클로이드 기어는 회전 운동에 사용됩니다.
사이클로이드 기어가 기술적으로 더 발전된 형태이지만, 인벌류트 기어는 품질이 우수하고 미적으로 더 아름답습니다. 사이클로이드 기어는 펌프, 압축기 등 다양한 산업 분야에 사용되며, 시계 산업에서도 널리 사용됩니다. 하지만 시계 산업에서는 아직 인벌류트 기어가 사이클로이드 기어를 완전히 대체하지는 못했습니다.
사이클로이드 디스크는 외측 가장자리를 따라 여러 개의 핀이 있는 반면, 인벌류트 기어는 톱니가 하나의 곡선으로만 이루어져 있습니다. 또한 사이클로이드 기어는 더욱 견고하고 신뢰할 수 있는 설계를 가지고 있습니다. 반면 인벌류트 기어는 저렴한 랙 커터와 비교적 저렴한 인벌류트 톱니를 사용합니다.
사이클로이드 디스크의 전달 정밀도는 약 98.5%이고, 링 기어의 전달 정밀도는 약 96%입니다. 사이클로이드 디스크의 회전 속도는 3 rad/s의 크기를 가집니다. 중심 거리의 작은 변화는 전달 정밀도에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 회전 속도의 변동은 전달 정밀도에 영향을 미칠 수 있습니다.
사이클로이드 기어는 사이클로이드 기어 디스크의 회전 속도를 이용합니다. 디스크에는 N개의 돌기가 있습니다. 그러나 사이클로이드 기어 디스크의 동력 전달 정확도는 아직 완벽하지 않습니다. 이는 돌기 사이의 회전 각도가 크기 때문이며, 이로 인해 제조가 어렵습니다.

진동

본 논문은 최신 진동 진단 기술과 데이터 기반 방법을 활용하여 사이클로이드 기어박스의 상태 모니터링에 대한 새로운 접근 방식을 제시합니다. 이 접근 방식은 기어박스 고장의 근본 원인을 파악하는 데 중점을 두고 있으며, 기어 설계자에게 통합적인 방법을 제공하는 것을 목표로 합니다.
사이클로이드 기어박스는 중장비에 사용되는 고정밀 기어박스입니다. 감속비가 크기 때문에 매우 높은 입력 속도가 필요합니다. 사이클로이드 기어는 높은 정밀도를 자랑하지만 진동 문제에 취약합니다. 이 글에서는 사이클로이드 기어박스의 작동 원리와 진동 측정 방법을 설명하고, 이 기어박스를 이용하여 고장을 감지하는 방법을 제시합니다.
기어박스는 위치 제어 장치, 다축 로봇 및 중장비에 사용됩니다. 이 기어박스의 주요 특징은 높은 정밀도, 과부하 용량 및 큰 감속비입니다.
사이클로이드 기어박스의 진동 및 상태 모니터링에 관한 문헌은 매우 부족합니다. 본 논문에서는 사이클로이드 기어박스와 시험 장비를 이용하여 이 문제에 접근하는 방법을 설명합니다. 저자들은 다양한 입력 속도에서 기어박스의 진동수를 측정하는 방식을 사용합니다.
결과는 정상 상태와 손상 상태를 명확하게 구분해 줍니다. 고장 주파수는 낮은 주파수 대역에서 나타납니다. 비닝 기법을 사용하면 타코미터 없이도 고장을 감지할 수 있습니다. 또한, 비닝 기법을 주성분 분석(PCA)과 결합하여 변속기의 상태를 판별할 수 있습니다.
이 방법은 기존 기술과 비교됩니다. 또한, 결과는 비닝을 사용하여 베어링의 결함 빈도를 계산하는 방법을 보여줍니다. 이 방법은 구성 요소의 빈도를 결정하는 데에도 사용됩니다.
시험 장비에서 발생하는 신호는 4개의 센서를 사용하여 수집됩니다. 이 센서들은 100mV/g의 중간 감도를 가진 가속도계입니다. 수집된 신호는 다양한 신호 처리 기법을 사용하여 처리됩니다. 분석 결과, 진동 신호는 변속기의 내부 운동과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 이 정보를 이용하여 변속기의 내부 주파수를 판별할 수 있습니다.
진동 신호의 주파수 분석은 주기적 정상 상태와 비주기적 정상 상태 조건에서 수행됩니다. 그런 다음 신호를 분석하여 기어 맞물림 주파수의 크기를 결정합니다.

설계

정밀 기어박스를 사용하는 서보모터는 이제 무거운 하중을 고속으로 제어할 수 있습니다. 캠 인덱싱 장치와 달리 사이클로이드 기어는 매우 정확한 위치 제어와 높은 토크를 제공합니다. 또한 뛰어난 비틀림 강성과 충격 하중 지지력을 자랑합니다.
사이클로이드 기어는 고속 회전 시 진동을 최소화하도록 특별히 설계되었습니다. 인벌류트 기어와 달리, 사이클로이드 기어는 톱니가 쌓여 있지 않아 마찰과 각 톱니에 가해지는 힘이 줄어듭니다. 또한, 사이클로이드 기어는 헤르츠 접촉 응력이 더 낮습니다.
사이클로이드 기어는 다축 로봇의 위치 제어 장치에 자주 사용됩니다. 컴팩트한 크기에도 불구하고 최대 300:1의 높은 변속비를 제공할 수 있습니다. 또한 중장비의 첫 번째 관절에도 사용됩니다. 하지만 사이클로이드 기어는 매우 정밀한 제조 공정이 요구되며, 인벌류트 기어보다 생산이 더 어렵습니다.
사이클로이드 기어박스는 유성 기어박스의 한 종류입니다. 사이클로이드 기어는 높은 기어비를 위해 특별히 설계되었으며, 단일 단계에서 큰 감속비를 제공할 수 있습니다. 이러한 기어박스는 중장비의 주요 연결부에 점점 더 많이 사용되고 있으며, 로봇 공학 분야에서도 점차 보편화되고 있습니다.
높은 감속비를 얻으려면 기어의 입력 속도가 매우 높아야 합니다. 일반적으로 입력 속도는 500rpm에서 4500rpm 사이입니다. 하지만 경우에 따라 입력 속도가 더 낮을 수도 있습니다.
사이클로이드는 기준 원 위에서 구르는 원의 지름으로 형성됩니다. 구르는 원의 지름과 기준 원의 지름의 비율이 사이클로이드의 모양을 결정합니다. 하이포사이클로이드는 기준 원의 안쪽에서 주로 구르는 것으로 형성되고, 에피사이클로이드는 기준 원의 바깥쪽에서 주로 구르는 것으로 형성됩니다.
사이클로이드 기어는 백래시가 매우 작아 각 톱니에 가해지는 힘을 최소화합니다. 또한 비틀림 강성이 우수하고 마찰이 적으며 충격 하중을 잘 견뎌냅니다. 더불어 최고의 위치 정밀도를 제공합니다.
사이클로이드 기어박스는 라돔 대학교에서 설계 및 제작되었습니다. 설계는 세 가지 종류의 사이클로이드 기어를 기반으로 했습니다. 첫 번째 쌍은 공칭 치수의 외형 프로파일을 가졌고, 두 번째 쌍은 허용 오차를 뺀 프로파일을 가졌습니다. 하중판에는 중심에서 15mm 간격으로 나사 구멍이 배열되어 있습니다.

CX 편집, 2023년 6월 1일