Como usar uma caixa de câmbio Cyclone

Frequentemente, utiliza-se uma caixa de engrenagens cicloidal para realizar a transferência de torque de um motor ou bomba. Esse tipo de caixa de engrenagens é uma escolha comum, pois apresenta diversas vantagens em relação às caixas de engrenagens convencionais. Sua principal vantagem é a facilidade de fabricação, o que permite sua incorporação em uma variedade de aplicações. No entanto, para utilizar uma caixa de engrenagens cicloidal, é necessário conhecer alguns aspectos importantes, como o princípio de funcionamento, a estrutura e os efeitos dinâmicos e inerciais envolvidos.

Efeitos dinâmicos e inerciais

Diversos estudos foram realizados sobre as propriedades estáticas e dinâmicas de engrenagens cicloidais. O estudo desses efeitos é benéfico para auxiliar no projeto otimizado de redutores de velocidade cicloidais.
Neste artigo, os efeitos dinâmicos e inerciais de um redutor de velocidade cicloidal de dois estágios foram investigados utilizando o pacote de programas CZPT. Além disso, um novo modelo para redutores cicloidais baseado na dinâmica de contato não linear foi desenvolvido. O novo modelo visa prever diversas condições operacionais.
A força de excitação normal por contato nos discos cicloidais do primeiro e do segundo estágio é muito semelhante. No entanto, a deformação total no ponto de contato é diferente. Esse efeito deve-se principalmente às oscilações do próprio sistema. Os discos cicloidais do segundo estágio giram em torno do rolo da engrenagem anular com um ângulo de 180°. Esse ângulo contribui significativamente para as cargas de torque. A força de excitação total nos discos cicloidais do primeiro e do segundo estágio é de 1848 N e 2068,7 N, respectivamente.
Para analisar a tensão de contato, foram investigados diferentes perfis de engrenagem. A densidade da malha foi considerada um importante critério de projeto. Constatou-se que um furo maior reduz o conteúdo de material do disco cicloidal, resultando em maiores tensões.
Além disso, é possível reduzir as forças de contato de maneira mais eficiente alterando os parâmetros geométricos. Isso pode ser feito por meio do refinamento da malha ao longo da largura do disco. O disco cicloidal tem a maior influência nos resultados obtidos.
A eficiência de um acionamento cicloidal aumenta com o aumento da carga. A eficiência de um redutor cicloidal também depende da excentricidade do eixo de entrada e da placa cicloidal. A curva de eficiência para cargas pequenas é linear. No entanto, para cargas maiores, a curva de eficiência torna-se mais não linear. Isso ocorre porque a rigidez do redutor cicloidal aumenta com o aumento da carga.

Estrutura

Apesar de parecer um quebra-cabeça de engenharia complexo, a construção de uma caixa de engrenagens cicloidal é, na verdade, bastante simples. Os elementos principais são a base, a placa de carga e o rolamento de encosto. Todos esses elementos trabalham em conjunto para criar uma caixa de engrenagens estável e compacta.
A base é uma seção circular com vários pinos cilíndricos ao redor de sua borda externa. Os pinos são fixados em um anel fixo que os mantém em uma trajetória circular. O anel serve como círculo de referência. O diâmetro do círculo é de aproximadamente 5 mm.
A placa de carga consiste em uma série de furos roscados, dispostos a 15 mm do centro. Eles são utilizados para ancorar estruturas externas e devem ser girados em torno dos eixos X e Y.
O rolamento de encosto é colocado sobre a placa de carga. O rolamento possui um diâmetro interno de 35 mm e um diâmetro externo de 52 mm. Ele é utilizado para permitir a rotação em torno do eixo Z.
O disco cicloidal é a peça central da caixa de engrenagens cicloidal. O disco possui furos para os pinos que acionam o eixo de saída. Os furos são maiores do que os usados ​​nos pinos dos roletes de saída. O disco também possui uma excentricidade reduzida.
Os pinos são fixados ao disco cicloidal por meio de rolos. Os pinos são feitos de um material que proporciona suporte mecânico ao acionamento em situações de alto torque. Os pinos têm um diâmetro externo de 9 mm. O disco possui vários lóbulos e gira um lóbulo por revolução do eixo.
A caixa de engrenagens cicloidal também possui uma tampa superior que ajuda a manter os componentes unidos. A tampa tem um compartimento para ferramentas. A tampa superior também possui roscas que se encaixam na carcaça.

Princípio de funcionamento

Entre os diversos tipos de transmissões por engrenagens, as caixas de engrenagens cicloidais são utilizadas em máquinas pesadas e robôs multieixos. Elas são altamente eficientes, compactas e capazes de altas relações de transmissão. Além disso, possuem capacidade de suportar sobrecarga.
Os discos cicloidais são acionados por eixos excêntricos que giram em torno de pinos anelares fixos. Os pinos roletados do disco de pinos se encaixam em orifícios no disco cicloidal. Esses pinos roletados acionam o disco de pinos, que por sua vez transfere o movimento para o eixo de saída.
Ao contrário das transmissões por engrenagens convencionais, as transmissões cicloidais apresentam baixa folga e alta rigidez torsional. São ideais para cargas pesadas e todas as tecnologias de transmissão. A menor massa e o design compacto do disco cicloidal também contribuem para sua alta eficiência e precisão de posicionamento.
O disco cicloidal desempenha um papel central na cinemática da caixa de engrenagens. Ele gira em torno de um anel fixo, descrevendo um círculo. Quando o disco é pressionado contra a engrenagem anular, os pinos engatam no disco e os roletes giram em torno dos pinos. Esse movimento de rotação gera vibração, que se propaga pelos eixos acionados.
Os discos cicloidais são normalmente projetados com uma cicloide curta, de forma a minimizar a excentricidade. Isso reduz as forças de desbalanceamento em altas velocidades. Idealmente, o número de lóbulos na cicloide é menor que o número de pinos circundantes. Isso reduz a tensão de contato hertziana.
Ao contrário das engrenagens planetárias, as engrenagens cicloidais possuem alta precisão e são capazes de suportar cargas de choque. Elas também apresentam baixo atrito e menor desgaste nos flancos dos dentes. Além disso, possuem maior eficiência e capacidade de carga.
As engrenagens cicloidais são geralmente mais difíceis de fabricar do que as engrenagens de perfil evolvente. Elas não são adequadas para o empilhamento de estágios de engrenagens e exigem extrema precisão em sua fabricação. No entanto, seu tamanho reduzido, baixa folga, alta rigidez torsional e baixa vibração as tornam ideais para uso em máquinas pesadas.

Perfil de dente de engrenagem involuto

Quase todas as engrenagens são fabricadas com um perfil de dente involuto. Engrenagens cicloidais também são produzidas com esse perfil. Comparadas às engrenagens involutas, as engrenagens cicloidais são mais resistentes e podem transmitir mais potência. No entanto, elas também podem ser mais difíceis de fabricar, o que as torna mais caras.
O perfil do dente de engrenagem involuta é uma curva suave. Ele deriva da curva involuta de um círculo. A tangente ao círculo base é a normal em qualquer ponto da involuta.
Essa curva possui propriedades que permitem que os dentes da engrenagem involuta transfiram movimento em direção perpendicular. É também o caminho traçado pela extremidade da corda ao se desenrolar de um cilindro.
Um perfil involuto tem a vantagem de ser fácil de fabricar. Também permite um engrenamento suave, mesmo com desalinhamento da distância entre centros. Este perfil também é preferido em relação a um perfil de dente cicloide, mas não é o melhor em todos os aspectos.
Os dentes das engrenagens cicloidais também são compostos por duas curvas. Ao contrário dos dentes involutos, os dentes das engrenagens cicloidais têm um raio constante. As engrenagens cicloidais são menos propensas a produzir ruído, mas também são mais caras de fabricar.
Os dentes involutos são mais fáceis de fabricar porque possuem apenas uma curvatura. Engrenagens cicloidais também podem ser feitas com uma fresa de cremalheira. Isso as torna mais baratas de fabricar. No entanto, elas exigem um projeto especializado. Também podem ser fabricadas com uma máquina de usinagem de engrenagens que inclua uma fresa para pinhão.
Os perfis de dentes que satisfazem a lei de ação dos dentes de engrenagem são por vezes chamados de perfis conjugados. O perfil involuto é o mais comum deles. Ele permite a transmissão de torque constante.

Retaliação

Normalmente, as transmissões cicloidais proporcionam uma alta relação de transmissão sem folga. Isso ocorre porque o disco cicloidal é acionado por um eixo excêntrico. Durante a rotação, o disco cicloidal gira em torno de um anel fixo. Esse anel também gira independentemente do centro de gravidade.
O disco cicloide é normalmente encurtado para reduzir a excentricidade. Isso ajuda a minimizar as forças de desequilíbrio que podem ocorrer em altas velocidades. A cicloide também oferece uma relação de transmissão maior do que as engrenagens tradicionais, proporcionando uma melhor precisão de posicionamento.
As transmissões cicloidais também possuem alta rigidez torsional. Isso proporciona maior resiliência à torção e capacidade de suportar cargas de choque. Isso é importante por diversos motivos, como em aplicações de serviço pesado.
Os acionamentos cicloidais também possuem massa reduzida. Essas vantagens os tornam ideais para todas as tecnologias de acionamento. O projeto também permite maior rigidez torsional e vida útil prolongada. Além disso, esses acionamentos têm um perfil muito mais compacto.
Os acionamentos cicloidais também são usados ​​para reduzir a velocidade. Devido à alta rigidez torsional da cicloide, eles também possuem alta precisão de posicionamento.
Os acionamentos cicloidais são adequados para uma variedade de aplicações, incluindo motores elétricos, geradores e motores de bombas. Eles também são altamente resistentes a cargas de choque, o que é importante em diversas aplicações. Esse projeto é ideal para aplicações que exigem uma grande relação de transmissão em um formato compacto.
Os acionamentos cicloidais também têm a vantagem de minimizar a folga entre os componentes de acoplamento. Isso ajuda a eliminar interferências e a garantir um encaixe perfeito. Isso é particularmente importante em caixas de engrenagens. Também permite o uso de uma célula de carga e um potenciômetro para determinar a folga da caixa de engrenagens.

Editor por CX 2023-11-13