De voordelen van het gebruik van een Cyclone-versnellingsbak

Het gebruik van een cycloïdale tandwielkast om een ​​ingaande as aan te drijven is een zeer effectieve manier om de snelheid van een machine te verlagen. Dit gebeurt door de snelheid van de ingaande as met een vooraf bepaalde verhouding te verlagen. Het is mogelijk om zeer hoge overbrengingsverhoudingen te bereiken in relatief kleine afmetingen.

Transmissieverhouding

Of u nu een scheepsaandrijfsysteem bouwt of een pomp voor de olie- en gasindustrie, het gebruik van cycloïdale tandwielkasten biedt bepaalde voordelen. Vergeleken met andere typen tandwielkasten zijn ze korter en hebben ze een hogere koppeldichtheid. Deze tandwielkasten bieden bovendien de beste gewichts- en positioneringsnauwkeurigheid.
Het basisontwerp van een cycloïdale tandwielkast is vergelijkbaar met dat van een planetaire tandwielkast. Het belangrijkste verschil zit in het profiel van de tandwielen.
Cycloïde tandwielen hebben minder slijtage aan de tandflanken en een lagere Hertzische contactspanning. Ze hebben ook een lagere wrijving en torsiestijfheid. Deze voordelen maken ze ideaal voor toepassingen met zware belastingen of hoge snelheden. Ze zijn ook geschikt voor hoge overbrengingsverhoudingen.
In een cycloïdale tandwielkast drijft de ingaande as een excentrisch lager aan, terwijl de uitgaande as de cycloïdale schijf aandrijft. De cycloïdale schijf draait rond een vaste ring en de pinnen van het ringtandwiel grijpen in de gaten van de schijf. De pinnen drijven vervolgens de uitgaande as aan terwijl de schijf draait.
Cycloïde tandwielen zijn ideaal voor toepassingen die hoge overbrengingsverhoudingen en lage wrijving vereisen. Ze zijn ook geschikt voor toepassingen die een hoge torsiestijfheid en schokbestendigheid vereisen. Daarnaast zijn ze ideaal voor toepassingen die een compact ontwerp en minimale speling vereisen.
De overbrengingsverhouding van een cycloïdale tandwielkast wordt bepaald door het aantal lobben op de cycloïdale schijf. Bij een n=n-ontwerp van de cycloïdale schijf beweegt één lob per omwenteling van de ingaande as.
Cycloïde tandwielen kunnen worden geproduceerd om de overbrengingsverhouding te verlagen van 30:1 tot 300:1. Deze tandwielen zijn geschikt voor hoogwaardige toepassingen, met name in de automatiseringsindustrie. Ze bieden ook de beste positioneringsnauwkeurigheid en minimale speling. De productie ervan vereist echter speciale fabricageprocessen en niet-standaard eigenschappen.

Drukkracht

Vergeleken met conventionele tandwielkasten heeft de cycloïdale tandwielkast een unieke kinematica. Hij heeft een excentrisch lager in een roterend frame dat de cycloïdale schijf aandrijft. Hij wordt gekenmerkt door een lage speling en torsiestijfheid, wat een soepele overbrenging mogelijk maakt.
In deze studie werden de effecten van ontwerpparameters onderzocht om het optimale ontwerp van een cycloïdale reductiekast te ontwikkelen. Drie belangrijke rollende knooppunten werden bestudeerd: een cycloïdale schijf, een buitenring en de ingaande as. Deze werden gebruikt om de bewegingsgerelateerde dynamische krachten te analyseren, die gebruikt kunnen worden om spanningen en vervormingen te berekenen. De vertandingsfrequentie werd berekend met behulp van een formule, waarin een correctiefactor voor het roterende frame van de buitenring was opgenomen.
Er werd een driedimensionale eindige-elementenanalyse (FEA) uitgevoerd om de cycloïdale schijf te evalueren. De effecten van de grootte van de gaten op de geïnduceerde spanningen in de schijf werden onderzocht. De studie keek ook naar de koppelrimpel van een cycloïdale aandrijving.
De auteurs van deze studie onderzochten ook de spelingverdeling in het uitgaande mechanisme, waarbij rekening werd gehouden met bewerkingsafwijkingen en de structuur en geometrie van het uitgaande mechanisme. De studie keek tevens naar de relatieve efficiëntie van een cycloïdale reductiekast, gebaseerd op een cycloïdale reductiekast met één schijf en een tandverschil.
De auteurs van deze studie konden de contactspanning van de cycloïdale schijf afleiden, die berekend wordt met behulp van de materiaalspecifieke contactstijfheid. Dit kan gebruikt worden om nauwkeurige contactspanningen in een cycloïdale tandwielkast te bepalen.
Het is belangrijk om de verhoudingen te kennen die nodig zijn voor de berekening van de draagkracht. Deze kan worden berekend met de formule f = k (S x R), waarbij S het volume van het element is, R de massa, k de contactstijfheid en f de krachtvector.

Rotatierichting

In tegenstelling tot de conventionele ringtandwieloverbrenging, die een enkele rotatieas heeft, heeft een cycloïdale tandwielkast drie parallelle rotatieassen die zich in één vlak bevinden. Een cycloïdale tandwielkast heeft een uitstekende torsiestijfheid en schokbelastingscapaciteit. Bovendien garandeert hij een constante hoeksnelheid en wordt hij gebruikt in hogesnelheidsversnellingsbakken.
Een cycloïdale tandwielkast bestaat uit een ingaande as, een aandrijfelement en een cycloïdale schijf. De schijf draait in één richting, terwijl de ingaande as in de tegenovergestelde richting draait. De ingaande as is excentrisch gemonteerd op het aandrijfelement. De cycloïdale schijf grijpt in op de tandwielkast en de rotatiebeweging van de cycloïdale schijf wordt overgebracht op de uitgaande as.
Om de draairichting van een cycloïdale tandwielkast te berekenen, moet de cycloïde de juiste hoekoriëntatie hebben en moet de hartlijn van de cycloïde in lijn liggen met het midden van het uitgaande gat. De kortste lengte van de cycloïde moet gelijk zijn aan de straal van de pencirkel. De grootste straal van de cycloïde moet gelijk zijn aan de buitendiameter van het lager.
Een eentraps tandwieloverbrenging biedt weinig werkruimte, dus heb je een meertraps tandwieloverbrenging nodig om de ruimte optimaal te benutten. Dit is ook de reden waarom cycloïde tandwieloverbrengingen meestal met een verkorte cycloïde worden ontworpen.
Om het meest efficiënte tandprofiel voor een cycloïdaal tandwiel te berekenen, is een nieuwe methode ontwikkeld. Deze methode maakt gebruik van een wiskundig model dat de rotatierichting van de cycloïde en enkele andere geometrische parameters benut. Met behulp van een stuksgewijze functie die gerelateerd is aan de drukhoekverdeling, wordt het meest efficiënte profiel van de cycloïde bepaald. Dit profiel wordt vervolgens over het theoretische profiel heen gelegd. De nieuwe methode is veel flexibeler dan de conventionele methode en kan zich aanpassen aan veranderende trends in het cycloïdale profiel.

Ontwerp

Er zijn verschillende ontwerpen van cycloïdale tandwielkasten ontwikkeld. Deze tandwielkasten hebben een grote reductieverhouding in één trap. Ze worden voornamelijk gebruikt voor zware machines. Ze bieden een goede torsiestijfheid en schokbelastingscapaciteit. Ze vertonen echter ook trillingen bij hoge toerentallen. Er is veel onderzoek gedaan om een ​​oplossing voor dit probleem te vinden.
Een cycloïdale tandwielkast wordt ontworpen door de overbrengingsverhouding van een mechanisme te berekenen. Deze verhouding wordt verkregen door de grootte van de ingangssnelheid te vermenigvuldigen met de overbrengingsverhouding van het tandwielprofiel.
De belangrijkste factor bij het ontwerp van een cycloïdale tandwielkast is de lastverdeling over de breedte van het tandwiel. Door dit als ontwerpcriterium te gebruiken, kan de trillingsamplitude worden verminderd. Dit zorgt ervoor dat de tandwielkast naar behoren functioneert. Om de juiste koppelingsomstandigheden te creëren, moet het trochoïdale profiel op de omtrek van de cycloïdale schijf nauwkeurig worden gedefinieerd.
Een van de meest voorkomende vormen van cycloïdale tandwielen is de vertanding met cirkelbogen. Dit is het meest gebruikte type vertanding tegenwoordig.
Een andere vorm van tandwieloverbrenging is de hypocycloïde. Bij deze vorm moet de diameter van de rollende cirkel gelijk zijn aan de helft van de diameter van de basiscirkel. Een ander speciaal geval is de puntvertanding. Deze vorm wordt ook wel klokvertanding genoemd.
Om dit tandwielprofiel te laten werken, moet het initiële contactpunt vast blijven zitten aan de rand van de rollende schijf. Dit genereert de hypocycloïde curve. De curve wordt vanuit dit initiële punt getekend.
Om dit tandwielprofiel te onderzoeken, gebruikten de auteurs een 3D eindige-elementenanalyse. Ze maakten gebruik van het wiskundige model voor tandwielproductie, inclusief kinematische parameters, berekeningen van het uitgangsmoment en bewerkingsstappen. Het resulterende ontwerp elimineerde speling.

Maatvoering en selectie

Het kiezen van een versnellingsbak kan een complexe taak zijn. Er zijn veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden. U moet het type toepassing, de vereiste snelheid, de belasting en de overbrengingsverhouding van de versnellingsbak bepalen. Met deze informatie kunt u een oplossing vinden die het beste bij u past.
Het eerste wat u moet doen, is de juiste maat bepalen. Er zijn verschillende programma's beschikbaar die u helpen bij het kiezen van de beste tandwielkast voor uw toepassing. U kunt beginnen met het tekenen van een cycloïdaal tandwiel om u te helpen bij het ontwerpen van het onderdeel.
Bij het dimensioneren is het belangrijk rekening te houden met de omgeving. Schokbelastingen, omgevingsomstandigheden en omgevingstemperaturen kunnen de slijtage van de tandwielen verhogen. De temperatuur heeft ook een aanzienlijke invloed op de viscositeit van de smeermiddelen en de gebruikte afdichtingsmaterialen.
Ook de in- en uitgaande snelheid moet je in overweging nemen. De ingaande snelheid beïnvloedt namelijk de berekening van de overbrengingsverhouding. Als je de ingaande snelheid overschrijdt, kunnen de afdichtingen beschadigd raken en kunnen de aslagers voortijdig slijten.
Een ander belangrijk aspect bij het dimensioneren is de servicefactor. Deze factor bepaalt het koppel dat de versnellingsbak aankan. De servicefactor kan zo laag zijn als 1,4, wat voldoende is voor de meeste industriële toepassingen. Hoge schokbelastingen en stootbelastingen vereisen echter een hogere servicefactor. Het niet in acht nemen van deze factoren kan leiden tot gebroken assen en beschadigde lagers.
Ook de uitvoering van de uitlaat is belangrijk. U moet bepalen of u een holle boring zonder of met spie wilt, en of u een uitlaatflens nodig hebt. Als u kiest voor een holle boring zonder spie, moet u een afdichtingsmateriaal selecteren dat bestand is tegen de hogere temperaturen.

Bewerkt door CX 2023-04-12