Monitoramento de condição de caixas de engrenagens Cyclone

Se você está pensando em usar uma caixa de engrenagens cicloidal em sua casa, escritório ou garagem, é importante garantir que ela seja feita de material de qualidade. Também é fundamental que ela seja projetada corretamente para evitar danos causados ​​por vibrações.

Caixas de engrenagens planetárias

Em comparação com as caixas de engrenagens cicloidais, as caixas de engrenagens planetárias são mais leves e compactas, mas carecem da precisão e durabilidade das primeiras. São mais adequadas para aplicações com requisitos de alto torque ou velocidade. Por esse motivo, são geralmente utilizadas em aplicações de robótica. No entanto, as caixas de engrenagens cicloidais ainda são superiores para algumas aplicações, incluindo aquelas que envolvem cargas de impacto.
Existem muitos fatores que afetam o desempenho das caixas de engrenagens durante a produção. Um deles é o número de dentes. No caso das caixas de engrenagens planetárias, o número de dentes aumenta com o número de planetas. Já nas caixas de engrenagens cicloidais, o número de dentes é reduzido, o que resulta em relações de transmissão mais elevadas. Essas caixas de engrenagens também apresentam torques de partida mais baixos, o que significa que podem ser controladas com mais facilidade pelo usuário.
Uma caixa de engrenagens cicloide é composta por três partes principais: a engrenagem anular, a engrenagem solar e o eixo de entrada. A engrenagem anular é fixa na caixa de engrenagens, enquanto a engrenagem solar transmite a rotação para as engrenagens planetárias. O eixo de entrada transfere o movimento para a engrenagem solar, que por sua vez o transmite para o eixo de saída. O eixo de saída possui um torque maior que o eixo de entrada.
As engrenagens cicloidais apresentam melhor rigidez torsional, menor desgaste e menor tensão de contato hertziana. No entanto, também são maiores e exigem fabricação de alta precisão. As engrenagens cicloidais podem ser mais difíceis de fabricar do que as engrenagens involutas, que requerem grande precisão.
As engrenagens cicloidais podem oferecer relações de transmissão de até 300:1, e conseguem isso em um formato compacto. Elas também apresentam menor desgaste e atrito, o que as torna ideais para aplicações que exigem uma alta relação de transmissão.
As caixas de engrenagens cicloidais geralmente possuem uma folga de cerca de um minuto angular. Essa folga proporciona a precisão e o controle necessários para um movimento preciso. Elas também oferecem baixa resistência ao desgaste e a impactos.
As caixas de engrenagens planetárias estão disponíveis em modelos de um e dois estágios, cujo comprimento aumenta com a adição de estágios. Além dos dois estágios, podem ser equipadas com um rolamento de saída opcional, que ocupa espaço de montagem. Em algumas aplicações, um terceiro estágio também está disponível.

Engrenagens involutas

De modo geral, as engrenagens de perfil involuto são mais complexas de fabricar do que as engrenagens cicloidais. Por exemplo, o perfil de um dente de engrenagem de perfil involuto possui uma única curva, enquanto o perfil de um dente de engrenagem cicloidal possui duas curvas. Além disso, a curva involuta não está contida no círculo base.
A curvatura involuta é um componente muito importante de um dente de engrenagem e pode influenciar significativamente a qualidade do contato entre os dentes. Diversos trabalhos foram realizados sobre o assunto, com foco principal nos princípios de funcionamento. Além disso, a característica mais importante da transmissão cicloidal de dupla envolvente é a presença de linhas de contato duplas entre os pares de dentes em contato.
As engrenagens cicloidais são mais potentes, menos ruidosas e duram mais tempo do que as engrenagens de perfil evolvente. Além disso, exigem menos operações de fabricação durante a produção. No entanto, as engrenagens cicloidais são mais caras do que as engrenagens de perfil evolvente. As engrenagens de perfil evolvente são mais comumente usadas em movimentos lineares, enquanto as engrenagens cicloidais são usadas em movimentos rotativos.
Embora as engrenagens cicloidais sejam tecnicamente mais avançadas, as engrenagens involutas possuem qualidade superior e são mais esteticamente agradáveis. As engrenagens cicloidais são utilizadas em diversas aplicações industriais, como bombas e compressores. Elas também são amplamente utilizadas na indústria relojoeira. No entanto, as engrenagens involutas ainda não substituíram as engrenagens cicloidais na indústria relojoeira.
O disco cicloide possui vários pinos ao redor de sua borda externa, enquanto uma engrenagem involuta tem apenas uma única curvatura para os dentes. Além disso, as engrenagens cicloides têm um design mais robusto e confiável. As engrenagens involutas, por outro lado, têm uma cremalheira mais barata e dentes involutos menos dispendiosos.
A precisão de transmissão do disco cicloide é de aproximadamente 98,5%, enquanto a precisão de transmissão da engrenagem anular é de aproximadamente 96%. A velocidade de rotação do disco cicloide tem uma magnitude de 3 rad/s. Uma pequena variação na distância entre centros não afeta a precisão de transmissão. No entanto, flutuações na velocidade de rotação podem afetar a precisão de transmissão.
As engrenagens cicloidais também possuem a velocidade de rotação do disco da engrenagem cicloide. O disco possui N lóbulos. No entanto, a precisão de transmissão do disco da engrenagem cicloide ainda não é perfeita. Isso se deve aos grandes ângulos de rotação entre os lóbulos. Isso também dificulta sua fabricação.

Vibrações

Utilizando técnicas modernas de diagnóstico de vibração e métodos baseados em dados, este artigo apresenta uma nova abordagem para o monitoramento da condição de caixas de engrenagens cicloidais. Essa abordagem concentra-se na detecção da causa raiz da falha da caixa de engrenagens. O artigo visa fornecer uma abordagem unificada para projetistas de engrenagens.
Uma caixa de engrenagens cicloidal é uma caixa de engrenagens de alta precisão usada em máquinas pesadas. Ela possui uma grande relação de redução, o que exige uma velocidade de entrada muito alta. As engrenagens cicloidais têm alta precisão, mas são suscetíveis a problemas de vibração. Neste artigo, os autores descrevem como uma caixa de engrenagens cicloidal funciona e como as vibrações são medidas. Eles também mostram como essa caixa de engrenagens pode ser usada para detectar falhas.
A caixa de engrenagens é utilizada em posicionadores, robôs multieixos e máquinas de grande porte. As principais características dessa caixa de engrenagens são a alta precisão, a capacidade de sobrecarga e a grande relação de redução.
Existe pouca documentação sobre vibrações e monitoramento de condição de caixas de engrenagens cicloidais. Os autores descrevem sua abordagem para o problema, utilizando uma caixa de engrenagens cicloidal e uma bancada de testes. Sua abordagem envolve a medição da frequência da caixa de engrenagens com diferentes velocidades de entrada.
Os resultados mostram uma boa separação entre os estados saudável e danificado. As frequências de falha aparecem nas ordens de frequência mais baixas. As falhas podem ser detectadas usando o método de agrupamento (binning), que elimina a necessidade de um tacômetro. Além disso, o agrupamento é combinado com a Análise de Componentes Principais (PCA) para determinar o estado da caixa de engrenagens.
Este método é comparado às técnicas tradicionais. Além disso, os resultados mostram como o agrupamento pode ser usado para calcular as frequências de defeitos dos rolamentos. Ele também é usado para determinar as frequências dos componentes.
Os sinais da bancada de testes são adquiridos utilizando quatro sensores. Esses sensores são acelerômetros de sensibilidade média de 100 mV/g. Os sinais são então processados ​​utilizando diferentes técnicas de processamento de sinais. Os resultados mostram que os sinais de vibração estão correlacionados com o movimento interno da caixa de engrenagens. Essa informação é utilizada para identificar a frequência interna da transmissão.
A análise de frequência dos sinais de vibração é realizada em condições cicloestacionárias e não cicloestacionárias. Os sinais são então analisados ​​para determinar a magnitude da frequência de engrenamento das engrenagens.

Projeto

Utilizando caixas de engrenagens de precisão, os servomotores agora podem controlar cargas pesadas em alta velocidade. Ao contrário dos dispositivos de indexação por came, as engrenagens cicloidais proporcionam um posicionamento extremamente preciso e alto torque. Elas também oferecem excelente rigidez torsional e capacidade de suportar cargas de choque.
As engrenagens cicloidais são especialmente projetadas para minimizar a vibração em altas rotações. Ao contrário das engrenagens de perfil evolvente, elas não são empilhadas, o que reduz o atrito e as forças experimentadas por cada dente. Além disso, as engrenagens cicloidais apresentam menor tensão de contato hertziana.
Engrenagens cicloidais são frequentemente usadas em robôs multieixos para posicionamento. Elas podem fornecer relações de transmissão de até 300:1 em um formato compacto. Também são usadas em juntas universais de máquinas pesadas. No entanto, exigem fabricação extremamente precisa e são mais difíceis de produzir do que engrenagens de perfil evolvente.
Uma caixa de engrenagens cicloidal é um tipo de caixa de engrenagens planetária. As engrenagens cicloidais são especialmente projetadas para altas relações de transmissão. Elas também têm a capacidade de fornecer uma grande redução em um único estágio. São cada vez mais utilizadas em juntas universais de máquinas pesadas e estão se tornando mais comuns na robótica.
Para se obter uma grande relação de redução, a velocidade de entrada da engrenagem deve ser muito alta. Geralmente, essa velocidade situa-se entre 500 rpm e 4500 rpm. No entanto, em alguns casos, pode ser menor.
Uma cicloide é formada pelo rolamento de um círculo rolante sobre um círculo base. A razão entre o diâmetro do círculo rolante e o diâmetro do círculo base determina a forma da cicloide. Uma hipocicloide é formada pelo rolamento predominantemente na parte interna do círculo base, enquanto uma epicicloide é formada pelo rolamento predominantemente na parte externa do círculo base.
As engrenagens cicloides possuem uma folga muito pequena, o que minimiza as forças experimentadas por cada dente. Essas engrenagens também apresentam boa rigidez torsional, baixo atrito e capacidade de suportar cargas de impacto. Além disso, proporcionam a melhor precisão de posicionamento.
A caixa de engrenagens cicloidais foi projetada e construída na Universidade de Radom. O projeto baseou-se em três engrenagens cicloidais diferentes. O primeiro par tinha o perfil externo na dimensão nominal, enquanto o segundo par tinha o perfil com a tolerância negativa. A placa de carga possuía furos roscados dispostos a 15 mm do centro.

Editor por CX 2023-06-01