De cycloonachtige versnellingsbak

Een cycloïdale tandwielkast is in principe een tandwielkast die een cycloïdale beweging gebruikt voor de rotatie. Het is een zeer eenvoudig en efficiënt ontwerp dat in diverse toepassingen gebruikt kan worden. Een cycloïdale tandwielkast wordt vaak gebruikt in toepassingen waarbij zware lasten verplaatst moeten worden. Het heeft verschillende voordelen ten opzichte van een planetaire tandwielkast, waaronder het vermogen om hogere belastingen en snelheden aan te kunnen.

Dynamische en inertiële effecten van een cycloïdale versnellingsbak

Er zijn diverse studies uitgevoerd naar de dynamische en inertiële effecten van een cycloïdale tandwielkast. Sommige studies richten zich op de werkingsprincipes, terwijl andere zich concentreren op het wiskundige model van de tandwielkast. Dit artikel onderzoekt het wiskundige model van een cycloïdale tandwielkast en vergelijkt de prestaties ervan met metingen uit de praktijk. Een goed wiskundig model is essentieel voor het ontwerpen en besturen van een cycloïdale tandwielkast. Een cycloïdale tandwielkast is een tweetraps tandwielkast met een cycloïdale schijf en een ringtandwiel dat om zijn eigen as draait.
Het wiskundige model bestaat uit meer dan 1,6 miljoen elementen. Elk tandwielpaar wordt weergegeven door een gereduceerd model met 500 eigenmoden. De eigenfrequentie voor het rechte tandwiel is 70 kHz. Het modaal gereduceerde model is een goede fit voor de cycloïdale tandwielkast.
Het wiskundige model is gevalideerd met behulp van ABAQUS-software. Een cycloïde schijf is gediscretiseerd om een ​​zeer fijn model te produceren. Dit vereist 400 elementpunten per tand. Het model is ook geverifieerd met behulp van statische eindige-elementenanalyse (FEA). Vervolgens is dit model gebruikt om de wrijving van de tandwielen in alle kwadranten te modelleren. Dit is een nieuwe benadering voor het modelleren van wrijving in een cycloïde tandwielkast. Het is aangetoond dat de resultaten vergelijkbaar zijn met die van het EMBS-model. De resultaten komen ook overeen met die van het elastische meerlichaamsimulatiemodel. Dit model past goed bij de contactkrachten en de grootte van de cycloïde tandwielschijf. Er is ook vastgesteld dat de transmissienauwkeurigheid tussen de cycloïde tandwielschijf en het ringtandwiel ongeveer 98,5% bedraagt. Deze waarde is echter lager dan de transmissienauwkeurigheid van het ringtandwielpaar. De transmissiefout van het gecorrigeerde model is ongeveer 0,3%. De lagere transmissienauwkeurigheid is te wijten aan de geringere elastische vervorming op de tandflanken.
Het is belangrijk op te merken dat de meest nauwkeurige contactkrachten voor elke tand van een cycloïde tandwielkast niet vloeiend zijn. De contactkracht op een enkele tand begint met een lineaire stijging en eindigt vervolgens met een scherpe daling. Deze is niet zo vloeiend als de contactkracht bij een puntcontact, en daarom is deze vergeleken met de contactkracht bij een elliptisch contact. De contactkracht bij een elliptisch contact is echter nog steeds relatief klein, en het EMBS-model is niet in staat dit te modelleren.
Het eindige-elementenmodel (FE-model) voor de cycloïde schijf bestaat uit ongeveer 1,6 miljoen elementen. Het belangrijkste onderdeel van het FE-model is de discretisatie van de cycloïde schijf. Het is van cruciaal belang om de discretisatie van de cycloïde schijf zeer zorgvuldig uit te voeren vanwege de hoge mate van trillingen waaraan deze wordt blootgesteld. De cycloïde schijf moet fijn gediscretiseerd worden, zodat de resultaten vergelijkbaar zijn met die van een statische eindige-elementenanalyse (FEA). Het model moet zo nauwkeurig mogelijk zijn om de contactkrachten tussen de cycloïde schijf en het ringtandwiel accuraat te kunnen simuleren.

Kinematica van een cycloïdale aandrijving

Met behulp van een willekeurig coördinatensysteem kunnen we de beweging van de componenten in een cycloïdale tandwielkast observeren. We zien dat de cycloïdale schijf rond vaste pinnen in een cirkel roteert, terwijl de volgas rond de excentrische nok roteert. Daarnaast zien we dat de ingaande as excentrisch is gemonteerd op het rollager.
We zien ook dat de cycloïdale schijf onafhankelijk roteert rond het excentrische lager, terwijl de volgas roteert rond een symmetrieas. Hieruit kunnen we concluderen dat de cycloïdale schijf een cruciale rol speelt in de kinematica van een cycloïdale tandwielkast.
Om het rendement van de cycloïdale reductiekast te berekenen, gebruiken we een model dat gebaseerd is op de niet-lineaire stijfheid van de contactvlakken. In dit model wordt de niet-lineariteit van het contact bepaald door de niet-lineariteit van de kracht en de vervorming in het contact. We hebben aangetoond dat het rendement van de cycloïdale reductiekast toeneemt naarmate de belasting toeneemt. Bovendien is het rendement afhankelijk van de glijsnelheid en de vervormingen van de normaalkracht. Deze factoren worden beschouwd als de belangrijkste variabelen voor het bepalen van het rendement van de cycloïdale aandrijving.
We houden ook rekening met het rendement van de cycloïdale reductiekast in relatie tot het ingangskoppel en de ingangssnelheid. Het rendement kan worden berekend door het nettokoppel in de ringtandwielkast te delen door het uitgangskoppel. Het rendement kan worden aangepast aan verschillende bedrijfsomstandigheden. Het rendement van de cycloïdale aandrijving neemt toe naarmate de belasting toeneemt.
De cycloïdale tandwielkast is een meertraps tandwielkast met een kleine as en een grote as. Hij heeft 19 tanden en messing ringen. De buitenste schijven bewegen in tegengestelde richting ten opzichte van de middelste schijf en zijn 180 graden ten opzichte van elkaar verschoven. De middelste schijf is tweemaal zo zwaar als de buitenste schijf. De cycloïdale schijf heeft negen lobben die één lob per omwenteling van de aandrijfas verschuiven. Het aantal pinnen in de schijf moet kleiner zijn dan het aantal pinnen in de omliggende schijven.
De ingaande as drijft een excentrisch lager aan dat de kracht overbrengt naar de uitgaande as. Daarnaast oefent de ingaande as via het tussenlager krachten uit op de cycloïdale schijf. De cycloïdale schijf draait vervolgens in stappen van 360 graden (draaipunt/rol). De pinnen van de uitgaande as bewegen in de gaten, waardoor de uitgaande as continu roteert. De ingaande as voert een sinusvormige beweging uit om de constante snelheid van de basisas te handhaven. Deze sinusgolf veroorzaakt kleine aanpassingen aan de volgas. De krachten die op de interne bussen worden uitgeoefend, maken deel uit van het evenwichtsmechanisme.
Daarnaast kunnen we vaststellen dat de cycloïdale aandrijving een groter koppel kan overbrengen dan de planetaire overbrenging. Dit komt door de grotere axiale lengte van de cycloïdale overbrenging en de kleinere gatdiameter van het ringtandwiel. Het is ook mogelijk om een ​​goede passing te realiseren tussen de vaste ring en de schijf, wat bereikt wordt door de vertanding tussen de vaste ring en de schijf. De cycloïdale schijf is doorgaans ontworpen met een korte cycloïde om onbalanskrachten bij hoge snelheden te minimaliseren.

Vergelijking met planetaire tandwielkasten

Vergeleken met planetaire tandwielkasten heeft de cycloïdale tandwielkast een aantal voordelen. Deze voordelen omvatten: geringe speling, een groter overbelastingsvermogen, een compact ontwerp en de mogelijkheid om in een breed scala aan toepassingen te presteren. De cycloïdale tandwielkast is populair geworden in de markt voor meerassige robotica. De tandwielkast wordt ook steeds vaker gebruikt in eerste gewrichten en positioneerders.
Een cycloïdale tandwielkast is een tandwielkast die bestaat uit vier basiscomponenten: een cycloïdale schijf, een uitgaande flens, een ringtandwiel en een vaste ring. De cycloïdale schijf wordt aangedreven door een excentrische as die in stappen van 360°/draaipunt/rol beweegt. De uitgaande flens is een vaste penschijf die de kracht overbrengt naar de uitgaande as. Het ringtandwiel is een vaste ring en de ingaande as is verbonden met een servomotor.
De cycloïdale tandwielkast is ontworpen om inertie te beheersen in zeer dynamische situaties. Deze tandwielkasten worden over het algemeen gebruikt in robotica en positioneringssystemen, waar ze worden ingezet voor het positioneren van zware lasten. Ze worden ook veelvuldig gebruikt in een breed scala aan industriële toepassingen. Ze hebben een hogere koppelingsdichtheid en een lage speling, waardoor ze ideaal zijn voor zware lasten.
De uitgangsflens is ontworpen om een ​​koppel tot 500 Nm aan te kunnen. De rotatiesnelheid is lager dan die van de planetaire tandwielkast, maar het uitgangskoppel is veel hoger. Het is ontworpen als een hoogwaardige tandwielkast en kan worden gebruikt in toepassingen die hoge overbrengingsverhoudingen en een hoge koppeldichtheid vereisen. De cycloïde tandwielkast is ook goedkoper en heeft minder speling. De cycloïde tandwielkast heeft echter ook nadelen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen ervan. Het grootste probleem zijn trillingen.
Vergeleken met planetaire tandwielkasten zijn cycloïdale tandwielkasten kleiner en goedkoper. Bovendien heeft een cycloïdale tandwielkast een grote overbrengingsverhouding in één trap. Over het algemeen hebben cycloïdale tandwielkasten één of twee trappen, waarbij een derde trap minder vaak voorkomt. De cycloïdale tandwielkast is echter niet het enige type tandwielkast met deze configuratie. Ook planetaire tandwielkasten met één trap komen vaak voor.
Er bestaan ​​verschillende typen cycloïdale tandwielkasten, die vaak cycloïdale snelheidsreductoren worden genoemd. Deze tandwielkasten zijn ontworpen voor alle industrieën die servomotoren gebruiken. Ze zijn korter dan planetaire tandwielkasten en hebben een grotere diameter voor hetzelfde koppel. Sommige zijn ook verkrijgbaar met een overbrengingsverhouding lager dan 30:1.
De cycloïde tandwielkast kan een goede keuze zijn voor toepassingen met hoge rotatiesnelheden en koppelvereisten. Deze tandwielkasten zijn bovendien compacter dan planetaire tandwielkasten en geschikt voor toepassingen met een hoog koppel. Daarnaast zijn ze robuuster en bestand tegen schokbelastingen. Ze hebben ook een lage speling en een hogere nauwkeurigheid en positioneringsnauwkeurigheid. Ze worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder industriële robotica.

editor by CX 2023-05-24