As vantagens de usar uma caixa de engrenagens Cyclone

Utilizar uma caixa de engrenagens cicloidal para acionar um eixo de entrada é uma maneira muito eficaz de reduzir a velocidade de uma máquina. Isso ocorre porque ela reduz a velocidade do eixo de entrada por uma proporção predeterminada. É capaz de atingir proporções muito elevadas em dimensões relativamente pequenas.

Taxa de transmissão

Seja para construir um sistema de propulsão marítima ou uma bomba para a indústria de petróleo e gás, existem certas vantagens em usar caixas de engrenagens cicloidais. Comparadas a outros tipos de caixas de engrenagens, elas são mais curtas e têm melhor densidade de torque. Essas caixas de engrenagens também oferecem a melhor relação peso/precisão de posicionamento.
O projeto básico de uma caixa de engrenagens cicloidal é semelhante ao de uma caixa de engrenagens planetária. A principal diferença reside no perfil dos dentes das engrenagens.
As engrenagens cicloidais apresentam menor desgaste nos flancos dos dentes e menor tensão de contato hertziana. Também possuem menor atrito e rigidez torsional. Essas vantagens as tornam ideais para aplicações que envolvem cargas pesadas ou acionamentos de alta velocidade. São também adequadas para relações de transmissão elevadas.
Numa caixa de engrenagens cicloidal, o eixo de entrada aciona um rolamento excêntrico, enquanto o eixo de saída aciona o disco cicloidal. O disco cicloidal gira em torno de um anel fixo, e os pinos da engrenagem anular engatam nos furos do disco. Os pinos, então, acionam o eixo de saída à medida que o disco gira.
As engrenagens cicloidais são ideais para aplicações que exigem altas relações de transmissão e baixo atrito. Também são adequadas para aplicações que requerem alta rigidez torsional e resistência a cargas de choque. Além disso, são indicadas para aplicações que exigem um design compacto e baixa folga.
A relação de transmissão de uma caixa de engrenagens cicloidal é determinada pelo número de lóbulos no disco cicloidal. O projeto n=n do disco cicloidal move um lóbulo por revolução do eixo de entrada.
Engrenagens cicloidais podem ser fabricadas para reduzir a relação de transmissão de 30:1 a 300:1. Essas engrenagens são adequadas para aplicações de alta precisão, especialmente na indústria de automação. Elas também oferecem a melhor precisão de posicionamento e folga. No entanto, exigem processos de fabricação especiais e características não padronizadas.

força compressiva

Em comparação com as caixas de engrenagens convencionais, a caixa de engrenagens cicloidal possui um conjunto único de cinemática. Ela conta com um rolamento excêntrico em uma estrutura rotativa, que aciona o disco cicloidal. Caracteriza-se por baixa folga e rigidez torsional, o que possibilita o movimento engrenado.
Neste estudo, os efeitos dos parâmetros de projeto foram investigados para desenvolver o projeto ideal de um redutor cicloidal. Três principais nós rolantes foram estudados: um disco cicloidal, um anel externo e o eixo de entrada. Estes foram utilizados para analisar as forças dinâmicas relacionadas ao movimento, que podem ser usadas para calcular tensões e deformações. A frequência de engrenamento foi calculada utilizando uma fórmula que incorpora um fator de correção para o referencial rotativo do anel externo.
Um estudo de análise de elementos finitos (FEA) tridimensional foi conduzido para avaliar o disco cicloidal. Os efeitos do tamanho dos furos nas tensões induzidas no disco foram investigados. O estudo também analisou a ondulação de torque de uma transmissão cicloidal.
Os autores deste estudo também exploraram a distribuição da folga no mecanismo de saída, levando em consideração os desvios de usinagem, bem como a estrutura e a geometria do mecanismo. O estudo também analisou a eficiência relativa de um redutor cicloidal, baseado em um redutor cicloidal de disco único com diferença de um dente.
Os autores deste estudo conseguiram deduzir a tensão de contato do disco cicloidal, calculada com base na rigidez de contato do material. Isso pode ser usado para determinar tensões de contato precisas em uma caixa de engrenagens cicloidal.
É importante conhecer as proporções necessárias para o cálculo da taxa de carga. Isso pode ser calculado usando a fórmula f = k (S x R), onde S é o volume do elemento, R é a massa, k é a rigidez de contato e f é o vetor força.

Direção de rotação

Ao contrário da engrenagem anular convencional, que possui um único eixo de rotação, a caixa de engrenagens cicloidal possui três eixos de rotação paralelos e localizados em um único plano. Uma caixa de engrenagens cicloidal apresenta excelente rigidez torsional e capacidade de suportar cargas de choque. Ela também garante velocidade angular constante e é utilizada em aplicações de caixas de engrenagens de alta velocidade.
Uma caixa de engrenagens cicloidal consiste em um eixo de entrada, um elemento de acionamento e um disco cicloidal. O disco gira em um sentido, enquanto o eixo de entrada gira no sentido oposto. O eixo de entrada é montado excentricamente no elemento de acionamento. O disco cicloidal engrena com a carcaça da engrenagem anular, e o movimento rotacional do disco cicloidal é transferido para o eixo de saída.
Para calcular o sentido de rotação de uma caixa de engrenagens cicloidal, a cicloide deve ter a orientação angular correta e o eixo central da cicloide deve estar alinhado com o centro do furo de saída. O menor comprimento da cicloide deve ser igual ao raio da circunferência do pino. O maior raio da cicloide deve ser igual ao diâmetro externo do rolamento.
Uma engrenagem de estágio único não terá muito espaço para trabalhar, então você precisará de uma engrenagem de múltiplos estágios para maximizar o espaço. Essa é também a razão pela qual as engrenagens cicloidais geralmente são projetadas com uma cicloide encurtada.
Para calcular o perfil de dente mais eficiente para uma engrenagem cicloidal, foi desenvolvido um novo método. Este método utiliza um modelo matemático que leva em conta o sentido de rotação da cicloide e alguns outros parâmetros geométricos. Através de uma função definida por partes relacionada à distribuição do ângulo de pressão, determina-se o perfil mais eficiente da cicloide. Este perfil é então sobreposto ao perfil teórico. O novo método é muito mais flexível do que o método convencional e pode se adaptar às tendências variáveis ​​do perfil cicloidal.

Projeto

Diversos projetos de caixas de engrenagens cicloidais foram desenvolvidos. Essas caixas de engrenagens possuem uma grande relação de redução em um único estágio. Elas são utilizadas principalmente em máquinas pesadas. Proporcionam boa rigidez torsional e capacidade de suportar cargas de choque. No entanto, também apresentam vibrações em altas rotações. Vários estudos têm sido conduzidos para encontrar uma solução para esse problema.
Uma caixa de engrenagens cicloidal é projetada calculando-se a relação de redução de um mecanismo. Essa relação é obtida pela magnitude da velocidade de entrada, que é então multiplicada pela relação de redução do perfil da engrenagem.
O fator mais importante no projeto de uma caixa de engrenagens cicloidal é a distribuição da carga ao longo da largura da engrenagem. Utilizando esse critério de projeto, a amplitude da vibração pode ser reduzida, garantindo o funcionamento adequado da caixa de engrenagens. Para gerar condições de acoplamento adequadas, o perfil trocoidal na periferia do disco cicloidal deve ser definido com precisão.
Uma das formas mais comuns de engrenagens cicloidais é a dentadura em arco circular. Este é o tipo de dentadura mais comum usado atualmente.
Outro tipo de engrenagem é a hipocicloide. Essa forma exige que o diâmetro do círculo de rolamento seja igual à metade do diâmetro do círculo de base. Outro caso especial é a engrenagem de dentes pontiagudos. Essa forma também é chamada de engrenagem de relógio.
Para que esse perfil de engrenagem funcione, o ponto de contato inicial deve permanecer fixo na borda do disco rolante. Isso gerará a curva hipocicloide. A curva é traçada a partir desse ponto inicial.
Para investigar esse perfil de engrenagem, os autores utilizaram uma análise de elementos finitos 3D. Eles empregaram o modelo matemático de fabricação de engrenagens, que incluía parâmetros cinemáticos, cálculos de momento de saída e etapas de usinagem. O projeto resultante eliminou a folga.

Dimensionamento e seleção

Escolher uma caixa de engrenagens pode ser uma tarefa complexa. Há muitos fatores a serem considerados. É preciso determinar o tipo de aplicação, a velocidade necessária, a carga e a relação de transmissão da caixa de engrenagens. Com essas informações, você poderá encontrar a solução mais adequada às suas necessidades.
O primeiro passo é encontrar o tamanho adequado. Existem diversos programas de dimensionamento disponíveis para ajudar a determinar a melhor caixa de engrenagens para sua aplicação. Você pode começar desenhando uma engrenagem cicloidal para auxiliar na criação da peça.
Durante o dimensionamento, é importante considerar o ambiente. Cargas de choque, condições ambientais e temperaturas ambientes podem aumentar o desgaste dos dentes da engrenagem. A temperatura também tem um impacto significativo na viscosidade da lubrificação e nos materiais de vedação.
Você também precisa considerar a velocidade de entrada e saída. Isso porque a velocidade de entrada altera os cálculos da relação de transmissão da sua caixa de engrenagens. Se você exceder a velocidade de entrada, poderá danificar as vedações e causar desgaste prematuro nos rolamentos do eixo.
Outro aspecto importante do dimensionamento é o fator de serviço. Esse fator determina a quantidade de torque que a caixa de engrenagens pode suportar. O fator de serviço pode ser tão baixo quanto 1,4, o que é suficiente para a maioria das aplicações industriais. No entanto, cargas de choque e impacto elevadas exigirão fatores de serviço mais altos. Não levar em consideração esses fatores pode levar à quebra de eixos e danos aos rolamentos.
O tipo de saída também é importante. Você precisa determinar se deseja um furo oco com ou sem chaveta, bem como se precisa de um flange de saída. Se optar por um furo oco sem chaveta, precisará selecionar um material de vedação que suporte temperaturas mais elevadas.

Editor por CX 2023-06-07