Conditiebewaking van Cyclone-versnellingsbakken

Of u nu overweegt een cycloïdale tandwielkast te gebruiken in uw huis, kantoor of garage, u wilt er zeker van zijn dat deze van hoogwaardig materiaal is gemaakt. U wilt er ook zeker van zijn dat het ontwerp correct is, zodat het niet beschadigd raakt door trillingen.

Planetaire tandwielkasten

Vergeleken met cycloïdale tandwielkasten zijn planetaire tandwielkasten lichter en compacter, maar ze missen de precisie en duurzaamheid van de eerstgenoemde. Ze zijn beter geschikt voor toepassingen met hoge koppel- of snelheidseisen. Om die reden worden ze meestal gebruikt in robotica. Cycloïdale tandwielkasten zijn echter nog steeds beter geschikt voor sommige toepassingen, waaronder toepassingen met schokbelastingen.
Er zijn veel factoren die de prestaties van tandwielkasten tijdens de productie beïnvloeden. Een daarvan is het aantal tanden. Bij planetaire tandwielkasten neemt het aantal tanden toe met het aantal planeetwielen. Bij cycloidale tandwielkasten is het aantal tanden lager, wat resulteert in hogere overbrengingsverhoudingen. Deze tandwielkasten hebben ook een lager aanloopkoppel, waardoor ze gemakkelijker door de gebruiker te bedienen zijn.
Een cycloïde tandwielkast bestaat uit drie hoofdonderdelen: het ringtandwiel, het zonnetandwiel en de ingaande as. Het ringtandwiel is vast in de tandwielkast gemonteerd, terwijl het zonnetandwiel de rotatie overbrengt op de planeetwielen. De ingaande as brengt de beweging over op het zonnetandwiel, dat deze op zijn beurt overbrengt op de uitgaande as. De uitgaande as heeft een groter koppel dan de ingaande as.
Cycloïde tandwielen hebben een betere torsiestijfheid, minder slijtage en een lagere Hertzische contactspanning. Ze zijn echter ook groter en vereisen een zeer nauwkeurige fabricage. Cycloïde tandwielen kunnen lastiger te produceren zijn dan evolvente tandwielen, die een hoge mate van precisie vereisen.
Cycloïde tandwielen kunnen overbrengingsverhoudingen tot 300:1 bieden, en dat in een compact formaat. Ze hebben bovendien een lagere slijtage en wrijving, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een hoge overbrengingsverhouding vereisen.
Cycloïde tandwielkasten hebben doorgaans een speling van ongeveer één boogminuut. Deze speling zorgt voor de precisie en controle die nodig zijn voor een nauwkeurige beweging. Ze bieden tevens een lage slijtage en een laag schokbelastingsvermogen.
Planetaire tandwielkasten zijn verkrijgbaar in uitvoeringen met één of twee trappen, waarbij de lengte toeneemt naarmate er meer trappen worden toegevoegd. Naast de twee trappen kunnen ze optioneel worden uitgerust met een uitgaande lager, wat montageruimte in beslag neemt. In sommige toepassingen is ook een derde trap beschikbaar.

Involute tandwielen

Involuut tandwielen zijn over het algemeen complexer om te produceren dan cycloïdale tandwielen. Zo heeft een involuut tandwiel bijvoorbeeld een enkele kromming, terwijl een cycloïdaal tandwiel twee krommingen heeft. Bovendien bevindt de involuutkromming zich niet binnen de basiscirkel.
De involute kromming is een zeer belangrijk onderdeel van een tandwiel en kan de kwaliteit van de tandverbinding aanzienlijk beïnvloeden. Er is veel onderzoek gedaan naar dit onderwerp, voornamelijk gericht op de werkingsprincipes. Bovendien is het belangrijkste kenmerk van de dubbelomhullende cycloïde aandrijving de aanwezigheid van dubbele contactlijnen tussen de in elkaar grijpende tandparen.
Cycloïde tandwielen zijn krachtiger, stiller en gaan langer mee dan involute tandwielen. Ze vereisen ook minder bewerkingsstappen tijdens de productie. Cycloïde tandwielen zijn echter duurder dan involute tandwielen. Involute tandwielen worden vaker gebruikt voor lineaire bewegingen, terwijl cycloïde tandwielen worden gebruikt voor roterende bewegingen.
Hoewel cycloïde tandwielen technisch geavanceerder zijn, hebben evolvente tandwielen een superieure kwaliteit en zijn ze esthetisch aantrekkelijker. Cycloïde tandwielen worden gebruikt in diverse industriële toepassingen, zoals pompen en compressoren. Ze worden ook veelvuldig gebruikt in de horloge-industrie. Desondanks hebben evolvente tandwielen cycloïde tandwielen in de horloge-industrie nog niet volledig vervangen.
De cycloïde schijf heeft een aantal pinnen aan de buitenrand, terwijl een evolvente tandwiel slechts één enkele kromming voor de tanden heeft. Bovendien hebben cycloïde tandwielen een robuuster en betrouwbaarder ontwerp. Evolvente tandwielen daarentegen hebben een goedkopere tandheugelsnijder en minder kostbare evolvente tanden.
De overbrengingsnauwkeurigheid van de cycloïdeschijf bedraagt ​​ongeveer 98,5%, terwijl die van het ringtandwiel ongeveer 96% bedraagt. De rotatiesnelheid van de cycloïdeschijf heeft een grootte van 3 rad/s. Een kleine verandering in de hartafstand heeft geen invloed op de overbrengingsnauwkeurigheid. Schommelingen in de rotatiesnelheid kunnen echter wel invloed hebben op de overbrengingsnauwkeurigheid.
Cycloïde tandwielen hebben ook een bepaalde rotatiesnelheid van de cycloïde tandwielschijf. De schijf heeft N lobben. De overbrengingsnauwkeurigheid van de cycloïde tandwielschijf is echter nog steeds niet perfect. Dit komt door de grote rotatiehoeken tussen de lobben. Dit maakt de productie ervan ook lastig.

Trillingen

Dit artikel presenteert een nieuwe aanpak voor conditiebewaking van cycloïdale tandwielkasten, waarbij gebruik wordt gemaakt van moderne technieken voor trillingsdiagnose en datagestuurde methoden. Deze aanpak is gericht op het opsporen van de hoofdoorzaak van defecten aan de tandwielkast. Het artikel beoogt een uniforme aanpak te bieden aan ontwerpers van tandwielkasten.
Een cycloïdale tandwielkast is een zeer nauwkeurige tandwielkast die wordt gebruikt in zware machines. Deze heeft een grote overbrengingsverhouding, waardoor een zeer hoge ingangssnelheid noodzakelijk is. Cycloïdale tandwielkasten hebben een hoge nauwkeurigheid, maar zijn gevoelig voor trillingen. In dit artikel beschrijven de auteurs hoe een cycloïdale tandwielkast werkt en hoe trillingen worden gemeten. Ze laten ook zien hoe deze tandwielkast kan worden gebruikt om storingen op te sporen.
De tandwielkast wordt gebruikt in positioneerders, meerassige robots en zware machines. De belangrijkste kenmerken van deze tandwielkast zijn de hoge nauwkeurigheid, het overbelastingsvermogen en de grote overbrengingsverhouding.
Er is weinig documentatie beschikbaar over trillingen en conditiebewaking van cycloïdale tandwielkasten. De auteurs beschrijven hun aanpak van het probleem, waarbij ze gebruikmaken van een cycloïdale tandwielkast en een testbank. Hun aanpak omvat het meten van de frequentie van de tandwielkast bij verschillende ingangssnelheden.
De resultaten tonen een goede scheiding tussen de gezonde en beschadigde toestanden. Storingsfrequenties komen naar voren in de lagere frequentiebereiken. Storingen kunnen worden gedetecteerd met behulp van binning, waardoor een toerenteller overbodig wordt. Daarnaast wordt binning gecombineerd met principale componentenanalyse om de toestand van de versnellingsbak te bepalen.
Deze methode wordt vergeleken met traditionele technieken. Daarnaast laten de resultaten zien hoe binning gebruikt kan worden om de defectfrequenties van de lagers te berekenen. Het wordt ook gebruikt om de frequenties van de componenten te bepalen.
De signalen van de testopstelling worden verzameld met behulp van vier sensoren. Deze sensoren zijn versnellingsmeters met een gemiddelde gevoeligheid van 100 mV/g. De signalen worden vervolgens verwerkt met behulp van verschillende signaalverwerkingstechnieken. De resultaten tonen aan dat de trillingssignalen gecorreleerd zijn met de interne beweging van de versnellingsbak. Deze informatie wordt gebruikt om de interne frequentie van de transmissie te bepalen.
De frequentieanalyse van trillingssignalen wordt uitgevoerd onder cyclostationaire en niet-cyclostationaire omstandigheden. De signalen worden vervolgens geanalyseerd om de grootte van de tandwieloverbrengingsfrequentie te bepalen.

Ontwerp

Dankzij precisie-tandwielkasten kunnen servomotoren nu zware lasten met hoge snelheid aansturen. In tegenstelling tot nokkenas-indexeersystemen bieden cycloïdale tandwielen een uiterst nauwkeurige positionering en een hoog koppel. Ze bieden bovendien een uitstekende torsiestijfheid en schokbestendigheid.
Cycloïde tandwielen zijn speciaal ontworpen om trillingen bij hoge toerentallen te minimaliseren. In tegenstelling tot evolvente tandwielen zijn ze niet gestapeld, waardoor de wrijving en de krachten die op elke tand inwerken, worden verminderd. Bovendien hebben cycloïde tandwielen een lagere Hertzische contactspanning.
Cycloïde tandwielen worden vaak gebruikt in meerassige robots voor positionering. Ze kunnen overbrengingsverhoudingen tot wel 300:1 bieden in een compacte behuizing. Ze worden ook gebruikt in de eerste scharnieren van zware machines. De productie ervan vereist echter een extreem hoge precisie. Bovendien zijn ze moeilijker te produceren dan evolvente tandwielen.
Een cycloïdale tandwielkast is een type planetaire tandwielkast. Cycloïdale tandwielen zijn speciaal ontworpen voor hoge overbrengingsverhoudingen. Ze bieden ook de mogelijkheid om een ​​grote reductieverhouding in één enkele trap te realiseren. Ze worden steeds vaker gebruikt in de eerste koppelingen van zware machines. Ook in de robotica komen ze steeds vaker voor.
Om een ​​grote overbrengingsverhouding te bereiken, moet het toerental van de tandwieloverbrenging zeer hoog zijn. Over het algemeen ligt het toerental tussen de 500 en 4500 tpm. In sommige gevallen kan het toerental echter lager zijn.
Een cycloïde wordt gevormd door een rollende cirkel over een basiscirkel te rollen. De verhouding tussen de diameter van de rollende cirkel en de diameter van de basiscirkel bepaalt de vorm van de cycloïde. Een hypocycloïde wordt gevormd door voornamelijk aan de binnenkant van de basiscirkel te rollen, terwijl een epicycloïde wordt gevormd door voornamelijk aan de buitenkant van de basiscirkel te rollen.
Cycloïde tandwielen hebben een zeer kleine speling, waardoor de krachten die op elke tand inwerken minimaal zijn. Deze tandwielen hebben ook een goede torsiestijfheid, lage wrijving en schokbestendigheid. Bovendien bieden ze de beste positioneringsnauwkeurigheid.
De cycloïdale tandwielkast is ontworpen en gebouwd aan de Universiteit van Radom. Het ontwerp was gebaseerd op drie verschillende cycloïdale tandwielen. Het eerste paar had een extern profiel met de nominale afmeting, terwijl het tweede paar een profiel had met een tolerantie kleiner dan de nominale afmeting. De draagplaat was voorzien van schroefgaten met schroefdraad, op 15 mm afstand van het midden.

Bewerkt door CX 23-04-2023