Um modelo matemático de uma caixa de engrenagens cicloide

Ter uma caixa de câmbio com rotor cicloidal é um projeto ideal para um carro ou qualquer outro veículo, pois o design cicloidal pode reduzir a amplitude da vibração, um componente fundamental para o desempenho do veículo. Utilizar uma caixa de câmbio cicloidal também é uma ótima maneira de reduzir o atrito entre as engrenagens, o que ajuda a diminuir o ruído e o desgaste. Além disso, uma caixa de câmbio cicloidal é um projeto muito eficiente para veículos que precisam operar sob altas cargas, pois oferece grande robustez contra impactos.

Princípios básicos de projeto

As caixas de engrenagens cicloidais são utilizadas em aplicações de engrenagens de precisão. Os acionamentos cicloidais são compactos e robustos, oferecendo menor folga, maior rigidez torsional e uma vida útil mais longa. Também são adequados para aplicações que envolvem cargas pesadas.
As transmissões cicloidais são compactas e oferecem relações de redução muito elevadas. São também muito robustas e capazes de suportar cargas de impacto. As transmissões cicloidais são ideais para uma ampla gama de tecnologias de transmissão. As engrenagens cicloidais possuem excelente rigidez torsional e podem proporcionar uma relação de transmissão de 300:1. Podem ainda ser utilizadas em aplicações onde o empilhamento de múltiplos estágios de engrenagem não é desejável.
Para alcançar uma alta relação de redução, as engrenagens cicloidais devem ser fabricadas com extrema precisão. As engrenagens cicloidais possuem um perfil de dente curvo que elimina as forças de cisalhamento em qualquer ponto de contato. Isso proporciona um encaixe perfeito para o disco da engrenagem. Esse perfil pode ser fornecido em uma bucha externa separada ou como um inserto interno para o perfil da engrenagem.
Os acionamentos cicloidais são usados ​​em sistemas de propulsão marítima, onde a placa de carga gira em torno dos eixos X e Y. A placa é fixada por um furo roscado localizado a 15 mm do centro.
Em uma caixa de engrenagens cicloidal, utiliza-se um corpo de suporte secundário para apoiar a placa de carga. Esse corpo de suporte secundário é composto por um corpo de montagem e um disco de suporte secundário.

Baixo atrito

Diversos estudos foram conduzidos para compreender os problemas estáticos de engrenagens. Neste artigo, discutimos um modelo matemático de uma caixa de engrenagens cicloidal de baixo atrito. Este modelo foi projetado para calcular vários parâmetros que afetam o desempenho da caixa de engrenagens durante a produção.
O modelo baseia-se numa nova abordagem que inclui o efeito de adesão estática e a característica de fricção não linear. Estes parâmetros não são abrangidos pela regra prática convencional.
O efeito de atrito estático está presente quando a direção da velocidade é alterada. Durante esse período, o torque de entrada precisa prevalecer sobre o efeito de atrito estático para gerar movimento. O modelo também nos permite calcular a magnitude do efeito de atrito estático e sua velocidade de desprendimento.
O mais importante é que o modelo pode ser usado para melhorar o comportamento dinâmico de um sistema controlado. Nesse sentido, o modelo apresenta um alto grau de precisão. O modelo é testado em vários quadrantes da caixa de engrenagens para encontrar a velocidade ideal de desprendimento por atrito estático. Os resultados da simulação do modelo mostram que ele é eficaz na previsão da eficiência de uma caixa de engrenagens cicloidal de baixo atrito.
Além do modelo de atrito estático, também estudamos a eficiência de um redutor cicloidal de baixo atrito. A relação de redução dessa caixa de engrenagens foi estimada pela fórmula. Constatou-se que a relação tende a menos infinito quando o torque do motor se aproxima de zero Nm.

Compactar

Ao contrário das engrenagens planetárias convencionais, as caixas de engrenagens cicloidais são compactas, possuem baixo atrito e folga praticamente nula. Elas também oferecem altas relações de redução, alta capacidade de carga e alta eficiência. Essas características as tornam uma opção viável para uma variedade de aplicações.
Os discos cicloidais são acionados por um eixo de entrada excêntrico. Este, por sua vez, é acionado por uma engrenagem anular estacionária. A engrenagem anular gira o disco cicloidal a uma velocidade maior. O eixo de entrada gira nove vezes para completar uma rotação completa. A engrenagem anular é projetada para corrigir o desequilíbrio dinâmico.
Os redutores cicloidais CZPT são projetados para operação precisa e estável. Esses redutores são robustos e capazes de lidar com grandes translocações. Oferecem também alta proteção contra sobrecarga e são adequados para terapia por ondas de choque. Os redutores CZPT são ideais para aplicações que exigem alta precisão de posicionamento. Além disso, apresentam baixos custos de montagem e projeto, e são projetados para longa vida útil e baixa perda por histerese.
Os redutores cicloidais CZPT são utilizados em diversas aplicações industriais, incluindo centros de usinagem CNC, posicionadores e manipuladores robóticos. Eles oferecem um design exclusivo que suporta altas forças no eixo de saída e são especialmente adequados para grandes translocações. Esses redutores são altamente eficientes, reduzindo custos, e estão disponíveis em diversos tamanhos. São ideais para aplicações que exigem precisão milimétrica.

Altos índices de redução

Em comparação com outras caixas de engrenagens, as caixas de engrenagens cicloidais oferecem altas relações de redução e pequena folga. Elas também são menos dispendiosas. As caixas de engrenagens cicloidais podem ser utilizadas em uma variedade de indústrias. São adequadas para aplicações robóticas. Além disso, possuem alta eficiência e capacidade de carga.
Uma caixa de engrenagens cicloidal funciona girando um disco cicloidal. Este disco contém furos maiores que os pinos do eixo de saída. Quando o disco gira, os pinos de saída se movem nos furos, gerando uma rotação constante do eixo de saída. Este tipo de caixa de engrenagens não requer estágios de empilhamento.
As caixas de engrenagens cicloidais costumam ser mais curtas do que as caixas de engrenagens planetárias. Além disso, são mais robustas e podem transmitir torques mais elevados.
As caixas de engrenagens cicloidais possuem uma came excêntrica que aciona o disco cicloidal. O disco cicloidal avança em etapas de 360°/pivô/rolo. Ele também gira em um padrão excêntrico. Engata com a carcaça da engrenagem anular. Além disso, engata nos dentes internos da carcaça da engrenagem anular.
O número de lóbulos no disco cicloidal não é suficiente para gerar uma boa taxa de transmissão. Na verdade, o número de lóbulos deve ser menor que o número de pinos que circundam o disco cicloidal.
O disco cicloidal é girado por uma came excêntrica que se estende a partir do eixo de base. A came também gira dentro do disco cicloidal. O movimento excêntrico da came ajuda o disco cicloidal a girar em torno dos pinos da caixa da engrenagem anular.

Reduzir a amplitude da vibração

Diversas abordagens para reduzir a amplitude da vibração em uma caixa de engrenagens cicloidal foram estudadas. Essas abordagens são baseadas na análise cinemática da caixa de engrenagens.
Uma caixa de engrenagens cicloidal é composta por rolamentos, engrenagens e um rolamento excêntrico que aciona um disco cicloidal. Essa caixa de engrenagens possui uma alta relação de redução, obtida por meio de uma série de pinos no eixo de saída que acionam o eixo de saída à medida que o disco gira.
A bancada de testes utilizada nos estudos possui quatro sensores. Cada sensor adquire sinais com diferentes técnicas de processamento de sinal. Além disso, há um tacômetro que registra as variações na velocidade de rotação na entrada.
O estudo cinemático da caixa de engrenagens do robô foi realizado para compreender a frequência das vibrações e determinar se a caixa de engrenagens apresenta alguma falha. Constatou-se que a caixa de engrenagens opera corretamente quando a amplitude das vibrações em x e y é baixa. No entanto, quando a amplitude é alta, isso indica um componente com defeito.
A análise de frequência dos sinais de vibração é realizada tanto para condições cicloestacionárias quanto não cicloestacionárias. As frequências selecionadas são aquelas que aparecem em ambos os tipos de condições.

Resistente a impactos

Em comparação com as caixas de engrenagens tradicionais, as caixas de engrenagens cicloidais apresentam vantagens significativas em relação a cargas de choque. Essas vantagens incluem alta capacidade de suportar cargas de choque, alta eficiência, custo reduzido, menor peso, menor atrito e melhor precisão de posicionamento.
As engrenagens cicloidais podem ser usadas para substituir as engrenagens planetárias tradicionais em aplicações onde a inércia é importante, como no transporte de cargas pesadas. Elas possuem um design mais leve e podem ser fabricadas em um tamanho mais compacto, o que ajuda a reduzir custos e despesas de instalação. As engrenagens cicloidais também são capazes de fornecer relações de transmissão de até 300:1 em um tamanho reduzido.
As engrenagens cicloidais também são adequadas para aplicações onde uma longa vida útil é essencial. Seu anel de fixação radial reduz a inércia em até 39%. As engrenagens cicloidais possuem uma rigidez torsional cinco vezes maior que a das engrenagens planetárias convencionais.
As caixas de engrenagens cicloidais podem proporcionar melhorias significativas em betoneiras. Seu design altamente eficiente permite importantes inovações. São ideais também para aplicações servo, máquinas-ferramenta e tecnologia médica. Apresentam conexões de parafuso fáceis de usar, proteção eficaz contra corrosão e manuseio eficiente.
As engrenagens cicloidais são especialmente úteis em aplicações que exigem alta precisão de posicionamento. Por exemplo, no controle de grandes antenas parabólicas, é necessária uma alta capacidade de suportar impactos para manter a precisão. As engrenagens cicloidais podem suportar impactos de até 500% do seu torque nominal.

Efeitos inerciais

Diversos estudos foram conduzidos para investigar os problemas estáticos de engrenagens. No entanto, ainda há necessidade de um modelo adequado para investigar o comportamento dinâmico de um sistema controlado. Para isso, foi desenvolvido um modelo matemático de uma caixa de engrenagens cicloidal. O modelo apresentado é um modelo simples que pode ser usado como base para um modelo mecânico mais complexo.
O modelo matemático baseia-se na construção mecânica da caixa de engrenagens cicloidal e possui uma característica de atrito não linear. O modelo é capaz de reproduzir os picos de corrente e as interrupções em repouso. Ele também considera o efeito de atrito estático. No entanto, não abrange a folga ou a rigidez torsional.
Este modelo é usado para calcular a corrente de geração de torque e a inércia do motor. Esses valores são então comparados com as medições do sistema real. Os resultados mostram que os resultados da simulação são muito próximos das medições do sistema real.
Diversos parâmetros são considerados no modelo para melhorar seu comportamento dinâmico. Esses parâmetros são calculados a partir da análise do sistema de acionamento harmônico. São eles: corrente geradora de torque, inércia e forças de contato das partes rotativas.
O modelo possui um alto nível de precisão e pode ser usado para controle de motores. Ele também é capaz de reproduzir o comportamento dinâmico de um sistema controlado.

editor by CX 2023-05-19