Como calcular a relação de transmissão de uma caixa de engrenagens cicloidal

Utilizar uma caixa de engrenagens cicloidal pode ser muito útil em uma ampla variedade de situações. No entanto, é importante entender como usá-la corretamente antes de implementá-la. Este artigo discute os benefícios de usar uma caixa de engrenagens cicloidal, como calcular a relação de transmissão e como determinar os efeitos das forças dinâmicas e inerciais na caixa de engrenagens.

Efeitos dinâmicos e inerciais

Diversos estudos foram realizados para analisar os efeitos dinâmicos e inerciais de caixas de engrenagens cicloidais. Esses estudos foram conduzidos utilizando métodos numéricos, analíticos e experimentais. Dependendo da natureza da carga e de sua distribuição ao longo da engrenagem, uma variedade de modelos foi desenvolvida. Esses modelos utilizam o método dos elementos finitos para determinar tensões de contato precisas. Alguns desses modelos foram desenvolvidos para abordar a elasticidade não linear dos contatos.
O desequilíbrio inercial em uma caixa de engrenagens cicloidal causa vibração e pode afetar a eficiência do dispositivo. Isso pode aumentar as perdas mecânicas e o desgaste. A eficiência do dispositivo também depende do torque aplicado ao disco cicloidal. A eficácia do dispositivo aumenta com o aumento da carga. Da mesma forma, a dinâmica de contato não linear também está associada a um aumento na eficiência.
Um novo modelo de redutor cicloidal foi desenvolvido para prever os efeitos de diversas condições operacionais. O modelo é baseado na dinâmica de corpos rígidos e utiliza um coeficiente de rigidez não linear. O modelo foi validado por meio de métodos numéricos e analíticos. Ele oferece uma redução drástica nos custos computacionais e permite uma análise rápida de diversas condições operacionais.
A principal contribuição deste artigo é a investigação da distribuição de carga no disco cicloidal. O estudo deste aspecto é importante porque permite a análise das partes rotativas e das tensões envolvidas. Também fornece indicações sobre quais perfis de engrenagem são mais adequados para otimizar a transmissão de torque. O estudo foi realizado com uma variedade de caixas de engrenagens cicloidais e é útil para determinar o desempenho de diferentes tipos dessas caixas.
Para estudar a distribuição de carga no disco cicloidal, os autores investigaram a relação entre a força de contato, as caixas de engrenagens cicloidais e diferentes perfis de engrenagem. Eles descobriram que a dinâmica de contato não linear tem um grande impacto na eficiência de uma caixa de engrenagens cicloidal. A caixa de engrenagens cicloidal é uma solução ideal para aplicações que envolvem servomotores altamente dinâmicos. Ela também pode ser usada em máquinas-ferramenta e na indústria de processamento de alimentos.
O estudo constatou que existem três princípios de projeto comuns para redutores cicloidais. São eles: a distribuição da força de contato, a redução de velocidade e o perfil trocoidal do disco cicloidal. O perfil trocoidal deve ser definido cuidadosamente para garantir o acoplamento correto das partes rotativas. Ele indica quais perfis de engrenagem são mais adequados para otimizar a transmissão de torque. A distribuição da força de contato pode ser aprimorada refinando-se o engrenamento ao longo da largura do disco.
À medida que a velocidade de entrada aumenta, a eficiência do redutor também aumenta. Isso ocorre porque as forças de contato estão em constante mudança em magnitude e orientação. Um redutor cicloidal com uma diferença de um dente pode reduzir a velocidade de entrada em até 87:1 em um único estágio. Ele também tem a capacidade de lidar com movimentos de alta frequência sem folga.

Cálculo da taxa de transmissão

Para calcular a relação de transmissão correta de uma caixa de engrenagens cicloidal, é necessário compreender bem o que é uma caixa de engrenagens e o produto para o qual ela será utilizada. A relação correta é calculada dividindo-se a velocidade de saída da engrenagem de saída pela velocidade de entrada da engrenagem de entrada. Normalmente, isso é feito com um cronômetro. Em alguns casos, pode ser necessário consultar um catálogo ou a especificação do produto. A relação correta é determinada por uma combinação de fatores, como o torque aplicado ao mecanismo e o tamanho das engrenagens envolvidas.
Uma engrenagem cicloidal é um tipo de perfil de dente de engrenagem que pode ser representado usando uma spline. Também é possível modelar uma engrenagem com perfil cicloidal usando uma spline para conectar pontos em relação ao início de um sistema de coordenadas. Isso é importante no projeto e na funcionalidade de uma engrenagem.
Existem muitos tipos diferentes de engrenagens utilizadas em máquinas e dispositivos. Entre elas, podemos citar a engrenagem helicoidal, a engrenagem cônica espiral e a engrenagem cônica de dentes retos. As melhores relações de transmissão são geralmente obtidas com uma caixa de engrenagens cicloidal. Além de garantir a precisão do posicionamento, uma caixa de engrenagens cicloidal proporciona excelente folga. As engrenagens cicloidais possuem alta eficiência mecânica, baixo atrito e momento de inércia mínimo.
Uma caixa de engrenagens cicloidal é frequentemente chamada de caixa de engrenagens planetária, embora tecnicamente seja uma caixa de engrenagens de estágio único. Além de possuir uma engrenagem anular, a caixa de engrenagens tem um rolamento excêntrico que aciona o disco cicloidal em uma rotação excêntrica. Isso torna a caixa de engrenagens cicloidal uma boa opção para altas relações de transmissão em projetos compactos.
O disco cicloide é o elemento chave de uma caixa de engrenagens cicloidal. O disco cicloide possui n=9 lóbulos, e cada lóbulo do disco se move um lóbulo a cada revolução do eixo de acionamento. O disco cicloide é então acoplado a uma engrenagem anular fixa. Os lóbulos do disco cicloide atuam como dentes na engrenagem anular fixa.
Existem muitos tipos diferentes de engrenagens, classificadas pelo perfil de seus dentes. As mais comuns são as engrenagens helicoidais e as de perfil evolvente. A maioria das engrenagens para controle de movimento são do tipo cilíndrico. No entanto, existem muitos outros tipos de engrenagens utilizadas em diversas aplicações. A engrenagem cicloidal é uma das mais complexas de se projetar. O contorno do disco cicloidal pode ser representado por marcadores ou linhas suaves, embora um diagrama de dispersão também seja útil.
Os lóbulos do disco cicloide giram em torno de um círculo primitivo de pinos. Esses pinos giram 40 graus durante a rotação excêntrica do eixo de acionamento. Os pinos giram em torno do disco para obter uma rotação constante do eixo de saída.
Outra característica óbvia, e possivelmente mais importante, do disco cicloide é o número "mágico" de pinos. Este é o número de pinos que se projetam através da face do disco. O disco possui orifícios maiores que os pinos. Isso permite que os pinos se projetem através do disco e se conectem ao eixo de saída.

Aplicativo

Seja para construir um sistema de acionamento para robôs ou simplesmente para reduzir a velocidade de um veículo, uma caixa de engrenagens cicloidal é uma excelente opção para obter uma alta relação de redução. As caixas de engrenagens cicloidais possuem um design leve e de baixo atrito, proporcionando uma transmissão extremamente estável. São adequadas para robôs industriais e podem ser utilizadas em diversas aplicações, incluindo robôs de posicionamento.
As caixas de engrenagens cicloidais reduzem a velocidade utilizando movimento excêntrico. Esse movimento excêntrico permite que toda a engrenagem interna gire em um movimento cicloidal oscilante, que é então convertido de volta em rotação circular. Isso elimina a necessidade de estágios de engrenagem sobrepostos. As caixas de engrenagens cicloidais também apresentam menor atrito, maior resistência e maior durabilidade do que as caixas de engrenagens convencionais.
A caixa de engrenagens cicloidal também é utilizada em diversas aplicações, incluindo sistemas de propulsão marítima e acionamentos de robôs. As caixas de engrenagens cicloidais reduzem a vibração utilizando engrenagens desalinhadas para cancelá-la.
As engrenagens cicloidais apresentam menor atrito, maior resistência e melhor rigidez torsional do que as engrenagens de perfil evolvente. Elas também possuem uma tensão de contato Hertziana reduzida, o que as torna mais adequadas para uso com cargas de impacto. Além disso, são menores em tamanho e peso do que as caixas de engrenagens convencionais e possuem uma relação de redução maior do que as engrenagens de perfil evolvente.
As engrenagens cicloidais são normalmente usadas para reduzir a velocidade dos motores, mas também oferecem diversas outras vantagens. Elas possuem dimensões menores do que outros tipos de engrenagens, permitindo sua instalação em espaços confinados. Além disso, apresentam baixa folga, possibilitando movimentos precisos. As engrenagens cicloidais têm maior eficiência, resultando em menor consumo de energia e menor desgaste.
O disco cicloidal é um dos componentes mais importantes da caixa de engrenagens. Os discos cicloidais são normalmente projetados com uma cicloide curta, o que minimiza a excentricidade do disco. Eles também são projetados com um flanco encurtado, resultando em maior resistência e menor concentração de tensão. Os discos cicloidais são tipicamente acoplados a uma engrenagem anular fixa. A cicloide é projetada para girar em torno dos pinos da engrenagem anular fixa, que empurram contra os orifícios circulares no disco. As caixas de engrenagens cicloidais normalmente empregam dois graus de mudança.
Os acionamentos cicloidais são ideais para aplicações com cargas pesadas. Possuem alta rigidez torsional, o que os torna altamente resistentes a impactos. Além disso, oferecem uma alta relação de redução, que pode ser alcançada sem a necessidade de um eixo de entrada de grandes dimensões. São compactos e têm uma longa vida útil.
O eixo de saída de uma caixa de engrenagens cicloidal sempre possui dois graus de engrenamento, o que garante que os eixos de entrada e saída girem sempre em velocidades diferentes. O eixo de saída seria um alojamento de pinos ao redor dos discos de acionamento, o que também facilitaria a manutenção.
As caixas de engrenagens cicloidais também são muito compactas e leves, sendo ideais para uso em robôs industriais. O redutor com caixa de engrenagens cicloidal é o mais estável e com menor vibração em robôs industriais, além de possuir uma ampla faixa de relações de transmissão.

editor by CX 2023-06-13