Caixa de engrenagens Cyclone vs. Caixa de engrenagens Involuta

Quer você utilize uma caixa de engrenagens cicloidal ou uma caixa de engrenagens involuta em sua aplicação, há alguns pontos importantes a considerar. Este artigo destacará alguns deles, incluindo: diferenças entre caixa de engrenagens cicloidal e caixa de engrenagens involuta, peso, força de compressão, precisão e densidade de torque.

força compressiva

Diversos estudos foram realizados para analisar as características estáticas de engrenagens. Neste artigo, os autores investigam os princípios estruturais e cinemáticos de uma caixa de engrenagens cicloidal. A caixa de engrenagens cicloidal é uma caixa de engrenagens que utiliza um rolamento excêntrico dentro de uma estrutura rotativa. Ela não possui um par pinhão-engrenagem comum e, portanto, é ideal para altas relações de redução.
O objetivo deste artigo é investigar a distribuição de tensões em um disco cicloidal. Diversos perfis de engrenagem são analisados ​​para estudar a distribuição de carga e os efeitos dinâmicos.
As caixas de engrenagens cicloidais estão sujeitas à compressão e folga, o que exige o uso de relações adequadas para a taxa de compressão dos mancais e o TSA (ângulo de seção transversal). O artigo também aborda os princípios cinemáticos do redutor. Além disso, os autores utilizam técnicas de análise padrão para o eixo/engrenagem e o disco cicloidal.
Os autores trabalharam anteriormente em uma simulação dinâmica de corpo rígido de um redutor cicloidal. A análise utilizou um perfil trocoidal na periferia do disco cicloidal. O perfil trocoidal é obtido a partir de um desenho de fabricação e leva em consideração as tolerâncias.
A densidade da malha no disco cicloidal captura a geometria exata das peças. Isso proporciona tensões de contato precisas.
O disco cicloidal consiste em nove lóbulos, que se movem um lóbulo por rotação do eixo de acionamento. No entanto, quando o disco gira em torno dos pinos, ele não se move em torno do centro de gravidade. Portanto, o disco cicloidal compartilha a carga de torque com cinco roletes externos.
Uma baixa relação de redução em uma caixa de engrenagens cicloidal resulta em uma maior tensão induzida no disco cicloidal. Isso se deve ao furo maior projetado para reduzir o material dentro do disco.

Densidade de torque

Diversos tipos de caixas de engrenagens magnéticas foram estudados. Algumas caixas de engrenagens magnéticas apresentam densidade de torque superior a outras, mas ainda não conseguem competir com as caixas de engrenagens mecânicas.
Uma nova caixa de engrenagens magnética cicloidal de alta densidade de torque, utilizando rotores Halbach, foi desenvolvida e está sendo testada. O projeto foi validado através da construção de um protótipo CPCyMG. Os resultados mostraram que o torque de deslizamento simulado foi comparável ao torque de deslizamento experimental. O torque de pico medido foi um harmônico espacial p3 = 14, e corresponde a uma densidade de torque na região ativa de 261,4 N*m/L.
Esta caixa de engrenagens cicloidal também possui uma alta relação de transmissão. Ela foi testada e atingiu um torque máximo de 147,8 Nm, mais que o dobro da densidade de torque de uma caixa de engrenagens cicloidal tradicional. O projeto incorpora um suporte traseiro ferromagnético que proporciona sustentação mecânica durante a fabricação.
Esta caixa de engrenagens cicloidal também demonstra como um diâmetro pequeno pode alcançar uma alta densidade de torque. Ela foi projetada com um comprimento axial de 50 mm. As forças de deflexão radial não são significativas nesse comprimento. O projeto utiliza um pequeno entreferro para reduzir as forças de deflexão radial, mas essa não é a única opção de projeto.
O projeto de equilíbrio também apresenta alta densidade de torque volumétrico. Possui um entreferro menor e uma densidade de torque de massa maior. É viável de fabricar e mecanicamente resistente. O projeto também é um dos mais eficientes da sua classe.
O projeto de engrenagem helicoidal é uma tecnologia mais recente que proporciona um nível mais elevado de precisão a uma caixa de engrenagens cicloidal. Permite que um servomotor suporte cargas pesadas em altas taxas de ciclo. Também é útil em aplicações que exigem dimensões de projeto menores.

Peso

Em comparação com as caixas de engrenagens planetárias, o peso das caixas de engrenagens cicloidais não é tão significativo. No entanto, elas oferecem algumas vantagens. Uma das características mais importantes é a operação sem folga, o que contribui para um movimento suave e preciso.
Além disso, oferecem alta eficiência, o que significa que os servomotores podem operar em velocidades mais elevadas. A melhor parte é que não precisam ser empilhados para atingir uma alta relação de transmissão.
Outra vantagem das caixas de engrenagens cicloidais é que elas geralmente são menos caras do que as caixas de engrenagens planetárias. Isso significa que elas são adequadas para a indústria de manufatura e robótica. Também são adequadas para robôs de grande porte que exigem uma caixa de engrenagens robusta.
Elas também proporcionam uma melhor relação de redução. As engrenagens cicloidais podem atingir relações de redução de 30:1 a 300:1, o que representa uma grande melhoria em relação às engrenagens planetárias. No entanto, existem poucos modelos disponíveis que oferecem uma relação inferior a 30:1.
As engrenagens cicloidais também oferecem maior resistência ao desgaste, o que significa que podem durar mais tempo do que as engrenagens planetárias. Além disso, são mais compactas, o que permite alcançar relações de transmissão elevadas em um espaço menor. O design das engrenagens cicloidais também as torna menos propensas à folga, que é uma das principais desvantagens das caixas de engrenagens planetárias.
Além disso, as engrenagens cicloidais também podem proporcionar melhor precisão de posicionamento. Aliás, essa é uma das principais razões para escolher engrenagens cicloidais em vez de engrenagens planetárias. Isso ocorre porque o disco cicloidal gira em torno de um rolamento independentemente do eixo de entrada.
Em comparação com as caixas de engrenagens planetárias, as engrenagens cicloidais também são muito mais curtas. Isso significa que elas proporcionam a melhor precisão de posicionamento. Elas também são mais leves, o que significa que têm um diâmetro menor.

Precisão

Diversos especialistas estudaram a caixa de engrenagens cicloidal em redutores de precisão. Suas pesquisas se concentram principalmente no modelo matemático e no método de avaliação da precisão das engrenagens cicloidais.
O projeto tradicional de modificação de engrenagens cicloidais é realizado principalmente definindo diversos parâmetros de usinagem e a posição central da rebolo. No entanto, apresenta algumas desvantagens devido à instabilidade na precisão do engrenamento e à forma incontrolável da curva do perfil do dente.
Neste estudo, propõe-se um novo método de projeto de modificação de engrenagens cicloidais. Este método baseia-se no cálculo da folga de engrenamento e na distribuição do ângulo de pressão. Ele permite um pré-controle eficaz da precisão de transmissão da engrenagem cicloidal com pinos, além de garantir boas características de engrenamento.
O método proposto pode ser aplicado na fabricação de redutores vetoriais rotativos. Também é aplicável em redutores de precisão para robôs.
O modelo matemático para engrenagens cicloidais pode ser estabelecido com o ângulo de pressão α como variável dependente. É possível calcular a distribuição do ângulo de pressão e o perfil do ângulo de pressão. Também pode ser expresso como DL = f(α). Pode ser aplicado no projeto de redutores de precisão.
O estudo também considera a folga na raiz, a folga entre os dentes da engrenagem e o ângulo do perfil. Esses fatores têm um efeito direto no desempenho de transmissão da engrenagem cicloidal. Isso também indica maior precisão de movimento e menor folga. O perfil modificado também pode refletir um menor erro de transmissão.
Além disso, o método proposto também se baseia no cálculo da perda de movimento. Ele determina o ângulo de contato do primeiro dente. Esse ângulo é um fator importante que afeta a qualidade da modificação. O erro de transmissão após o segundo método cicloide é o menor.
Por fim, um estudo de caso sobre o par de engrenagens CZPT RV-35N é apresentado para comprovar o método proposto.

Engrenagens involutas versus engrenagens cicloidais

Em comparação com engrenagens de perfil evolvente, as engrenagens cicloidais apresentam menor ruído, menor atrito e maior durabilidade. No entanto, são mais caras. As engrenagens cicloidais podem ser mais difíceis de fabricar. Podem ser menos adequadas para certas aplicações, incluindo manipuladores espaciais e juntas robóticas.
O perfil de engrenagem mais comum é a curva involuta de um círculo. Essa curva é formada pela extremidade de uma corda imaginária esticada que se desenrola do círculo.
Outra curva é a curva epicicloide. Esta curva é formada pelo ponto rigidamente preso a um círculo que rola sobre outro círculo. Esta curva é difícil de produzir e muito mais cara de fabricar do que a curva involuta.
A curva cicloide de um círculo também é um exemplo de multicursor. Essa curva é gerada pelo lugar geométrico dos pontos na circunferência do círculo.
A curva cicloide tem o mesmo diâmetro que a curva involuta, mas é tangencial ao diâmetro do círculo. Essa curva também é classificada como ordinária. Ela possui diversas outras funções. O método de elementos finitos foi utilizado para analisar o estado de deformação de redutores de velocidade cicloidais.
Existem muitas outras curvas, mas a curva involuta é o perfil de engrenagem mais utilizado. A curva involuta de um círculo é uma curva espiral traçada pela extremidade de uma corda esticada imaginária.
As engrenagens de perfil evolvente são muito parecidas com um conjunto de peças de Lego. São muito divertidas de usar e também têm muitas vantagens. Por exemplo, lidam melhor com mudanças de direção do que as engrenagens cicloidais. Além disso, são muito mais fáceis de fabricar, o que reduz o custo dos dentes de perfil evolvente. No entanto, estão obsoletas.
As engrenagens cicloidais também são mais difíceis de fabricar do que as engrenagens involutas. Elas possuem uma superfície convexa, o que leva a um maior desgaste. Além disso, têm um formato mais simples do que as engrenagens involutas e um número menor de dentes. São utilizadas em movimentos rotativos, como nos rotores de compressores de parafuso.

Editor por CX 2023-04-11