Cyclone-versnellingsbak versus involute-versnellingsbak

Of je nu een cycloïdale of een involute tandwielkast gebruikt voor je toepassing, er zijn een paar dingen die je moet weten. Dit artikel belicht enkele van die dingen, waaronder: cycloïdale tandwielkast versus involute tandwielkast, gewicht, compressiekracht, precisie en koppeldichtheid.

Drukkracht

Er zijn diverse studies uitgevoerd om de statische eigenschappen van tandwielen te analyseren. In dit artikel onderzoeken de auteurs de structurele en kinematische principes van een cycloïdale tandwielkast. Een cycloïdale tandwielkast is een tandwielkast die gebruikmaakt van een excentrisch lager in een roterend frame. Deze heeft geen standaard rondsel-tandwielpaar en is daarom ideaal voor een hoge overbrengingsverhouding.
Het doel van dit artikel is het onderzoeken van de spanningsverdeling op een cycloïdale schijf. Verschillende tandwielprofielen worden onderzocht om de belastingverdeling en dynamische effecten te bestuderen.
Cycloïdale tandwielkasten zijn onderhevig aan compressie en speling, waardoor het gebruik van de juiste verhoudingen voor de lagerdruk en de TSA noodzakelijk is. Het artikel richt zich ook op de kinematische principes van de reductiekast. Daarnaast maken de auteurs gebruik van standaard analysetechnieken voor de as/tandwielcombinatie en de cycloïdale schijf.
De auteurs hebben eerder gewerkt aan een dynamische simulatie van een star lichaam, namelijk een cycloïdale reductiekast. Bij de analyse werd gebruikgemaakt van een trochoïdaal profiel op de omtrek van de cycloïdale schijf. Dit trochoïdale profiel is afgeleid van een fabricagetekening en houdt rekening met de toleranties.
De maasdichtheid in de cycloïdale schijf legt de exacte geometrie van de onderdelen vast. Dit zorgt voor nauwkeurige contactspanningen.
De cycloïdale schijf bestaat uit negen lobben, die één lob per omwenteling van de aandrijfas bewegen. Wanneer de schijf echter rond de pinnen draait, beweegt de cycloïdale schijf niet rond het zwaartepunt. Daarom deelt de cycloïdale schijf de koppelbelasting met vijf buitenste rollen.
Een lage overbrengingsverhouding in een cycloïdale tandwielkast resulteert in een hogere geïnduceerde spanning in de cycloïdale schijf. Dit komt door het grotere gat dat is ontworpen om het materiaal in de schijf te reduceren.

Koppeldichtheid

Er zijn verschillende typen magnetische tandwielkasten onderzocht. Sommige magnetische tandwielkasten hebben een hogere koppelingsdichtheid dan andere, maar ze kunnen nog steeds niet concurreren met mechanische tandwielkasten.
Een nieuwe cycloïdale magneetversnellingsbak met hoge koppeldichtheid, die gebruikmaakt van Halbach-rotoren, is ontwikkeld en wordt momenteel getest. Het ontwerp is gevalideerd door de bouw van een CPCyMG-prototype. De resultaten toonden aan dat het gesimuleerde slipkoppel vergelijkbaar was met het experimenteel gemeten slipkoppel. Het gemeten piekkoppel was een p3 = 14 ruimtelijke harmonische en komt overeen met een koppeldichtheid in het actieve gebied van 261,4 N*m/L.
Deze cycloïdale versnellingsbak heeft ook een hoge overbrengingsverhouding. Uit tests is gebleken dat hij een piekkoppel van 147,8 Nm kan bereiken, wat meer dan het dubbele is van de koppeldichtheid van een traditionele cycloïdale versnellingsbak. Het ontwerp omvat een ferromagnetische achtersteun die mechanische ondersteuning biedt tijdens de fabricage.
Deze cycloïdale tandwielkast laat ook zien hoe een kleine diameter een hoge koppelingsdichtheid kan opleveren. Hij is ontworpen met een axiale lengte van 50 mm. De radiale afbuigingskrachten zijn bij deze lengte niet ernstig. Het ontwerp maakt gebruik van een kleine luchtspleet om de radiale afbuigingskrachten te verminderen, maar dit is niet de enige ontwerpoptie.
Het compromisontwerp heeft ook een hoge volumetrische koppelingsdichtheid. Het heeft een kleinere luchtspleet en een hogere massakoppelingsdichtheid. Het is haalbaar om te produceren en mechanisch sterk. Het ontwerp is bovendien een van de meest efficiënte in zijn klasse.
Het spiraalvormige tandwielontwerp is een nieuwere technologie die een hogere precisie biedt aan een cycloïdale tandwielkast. Het stelt een servomotor in staat om een ​​zware belasting te verwerken bij hoge cyclussnelheden. Het is ook nuttig in toepassingen die kleinere ontwerpafmetingen vereisen.

Gewicht

In vergelijking met planetaire tandwielkasten is het gewicht van cycloïdale tandwielkasten aanzienlijk lager. Ze bieden echter wel een aantal voordelen. Een van de belangrijkste is hun spelingsvrije werking, wat zorgt voor soepele en nauwkeurige bewegingen.
Bovendien bieden ze een hoog rendement, waardoor servomotoren op hogere snelheden kunnen draaien. Het beste is dat ze niet op elkaar gestapeld hoeven te worden om een ​​hoge overbrengingsverhouding te bereiken.
Een ander voordeel van cycloïdale tandwielkasten is dat ze doorgaans goedkoper zijn dan planetaire tandwielkasten. Hierdoor zijn ze geschikt voor de maakindustrie en robotica. Ze zijn ook uitermate geschikt voor zware robots die een robuuste tandwielkast vereisen.
Ze bieden ook een betere overbrengingsverhouding. Cycloïdale tandwielen kunnen overbrengingsverhoudingen bereiken van 30:1 tot 300:1, wat een enorme verbetering is ten opzichte van planetaire tandwielen. Er zijn echter maar weinig modellen beschikbaar die een verhouding lager dan 30:1 bieden.
Cycloïdale tandwielen zijn ook beter bestand tegen slijtage, waardoor ze langer meegaan dan planetaire tandwielen. Ze zijn bovendien compacter, wat het mogelijk maakt om hogere overbrengingsverhoudingen te bereiken in een kleinere ruimte. Het ontwerp van cycloïdale tandwielen maakt ze ook minder gevoelig voor speling, een van de grootste nadelen van planetaire tandwielkasten.
Bovendien bieden cycloïdale tandwielen een betere positioneringsnauwkeurigheid. Dit is zelfs een van de belangrijkste redenen om voor cycloïdale tandwielen te kiezen in plaats van planetaire tandwielen. De cycloïdale schijf draait namelijk onafhankelijk van de ingaande as rond een lager.
Vergeleken met planetaire tandwielkasten zijn cycloïdale tandwielen ook veel korter. Dit betekent dat ze de beste positioneringsnauwkeurigheid bieden. Ze zijn bovendien 50% lichter, wat betekent dat ze een kleinere diameter hebben.

Precisie

Verschillende experts hebben de cycloïdale tandwielkast in precisiereductoren bestudeerd. Hun onderzoek richt zich voornamelijk op het wiskundige model en de methode voor de nauwkeurigheidsbeoordeling van cycloïdale tandwielen.
Het traditionele ontwerp voor het modificeren van cycloïdale tandwielen wordt voornamelijk gerealiseerd door het instellen van diverse bewerkingsparameters en de centerpositie van de slijpschijf. Dit heeft echter enkele nadelen, zoals een instabiele vertandingsnauwkeurigheid en een oncontroleerbare tandprofielcurve.
In deze studie wordt een nieuwe methode voor het modificeren van cycloïdale tandwielen voorgesteld. Deze methode is gebaseerd op de berekening van de speling in de vertanding en de drukhoekverdeling. Hiermee kan de transmissienauwkeurigheid van cycloïdale tandwielen effectief vooraf worden gecontroleerd. Het kan tevens zorgen voor goede vertandingseigenschappen.
De voorgestelde methode kan worden toegepast bij de fabricage van roterende vectorreductoren. Ze is ook geschikt voor precisiereductoren voor robots.
Het wiskundige model voor cycloïdale tandwielen kan worden opgesteld met de drukhoek α als afhankelijke variabele. Het is mogelijk om de drukhoekverdeling en het drukhoekprofiel te berekenen. Dit kan ook worden uitgedrukt als DL=f(α). Het kan worden toegepast bij het ontwerp van precisiereductoren.
De studie houdt ook rekening met de wortelspeling, de speling tussen de tandwielen en de profielhoek. Deze factoren hebben een directe invloed op de transmissieprestaties van cycloïdale tandwielen. Ze duiden ook op een hogere bewegingsnauwkeurigheid en een kleinere speling. Het aangepaste profiel kan bovendien leiden tot een kleinere transmissiefout.
Daarnaast is de voorgestelde methode ook gebaseerd op de berekening van het bewegingsverlies. Hiermee wordt de hoek van de eerste tandcontacten bepaald. Deze hoek is een belangrijke factor die de kwaliteit van de modificatie beïnvloedt. De transmissiefout na de tweede cycloïdemethode is het kleinst.
Tot slot wordt een casestudy over het CZPT RV-35N tandwielpaar getoond om de voorgestelde methode te bewijzen.

Involute tandwielen versus cycloïdale tandwielen

In vergelijking met evolvente tandwielen hebben cycloïdale tandwielen een lager geluidsniveau, minder wrijving en een langere levensduur. Ze zijn echter duurder. Cycloïdale tandwielen kunnen lastiger te produceren zijn. Ze zijn mogelijk minder geschikt voor bepaalde toepassingen, waaronder ruimtemanipulatoren en robotgewrichten.
Het meest voorkomende tandwielprofiel is de involute curve van een cirkel. Deze curve wordt gevormd door het eindpunt van een denkbeeldige, strak gespannen snaar die van de cirkel afrolt.
Een andere kromme is de epicycloïde. Deze kromme wordt gevormd doordat een punt dat star aan een cirkel vastzit, over een andere cirkel heen rolt. Deze kromme is moeilijk te produceren en de productie ervan is veel duurder dan die van de involute kromme.
De cycloïde van een cirkel is ook een voorbeeld van een multicursor. Deze curve wordt gegenereerd door de meetkundige plaats van het punt op de omtrek van de cirkel.
De cycloïde curve heeft dezelfde diameter als de involute curve, maar buigt tangentieel langs de diameter van de cirkel. Deze curve wordt ook wel als gewone curve geclassificeerd. Hij heeft verschillende andere functies. De eindige-elementenmethode (FE-methode) werd gebruikt om de spanningstoestand van cycloïde snelheidsreductoren te analyseren.
Er bestaan ​​veel andere krommingen, maar de involute kromme is het meest gebruikte tandwielprofiel. De involute kromme van een cirkel is een spiraalvormige curve die wordt getekend door het eindpunt van een denkbeeldig gespannen touw.
Involute tandwielen zijn net als een set Lego-blokjes. Ze zijn erg leuk om mee te spelen. Ze hebben ook veel voordelen. Zo kunnen ze bijvoorbeeld beter overweg met centerverschuivingen dan cycloïdale tandwielen. Ze zijn ook veel gemakkelijker te produceren, waardoor de kosten van involute tanden lager liggen. Ze zijn echter verouderd.
Cycloïdale tandwielen zijn ook moeilijker te produceren dan evolvente tandwielen. Ze hebben een bol oppervlak, wat leidt tot meer slijtage. Bovendien hebben ze een eenvoudigere vorm dan evolvente tandwielen en minder tanden. Ze worden gebruikt in roterende bewegingen, zoals in de rotoren van schroefcompressoren.

Bewerkt door CX 2023-04-11