Разработка математической модели циклонной коробки передач.

По сравнению с планетарными редукторами, циклоидальные редукторы часто считаются идеальным выбором для широкого спектра применений. Они отличаются компактной конструкцией, низким коэффициентом трения и высокими передаточными числами.

Низкое трение

Разработка математической модели циклоидального редуктора представляла собой сложную задачу. Модель позволила продемонстрировать влияние различных геометрических параметров на контактные напряжения. Она смогла смоделировать залипание во всех квадрантах. Модель показала четкую корреляцию между результатами моделирования и измерениями в реальных условиях.
Модель основана на новом подходе, позволяющем моделировать залипание во всех квадрантах редуктора. Она также способна отображать ненулевой ток в состоянии покоя. В сочетании с хорошим алгоритмом моделирования модель может быть использована для улучшения динамического поведения управляемой системы.
Циклоидальный редуктор — это компактный исполнительный механизм, используемый в промышленной автоматизации. Этот тип редуктора обеспечивает высокие передаточные числа, низкий износ и хорошую жесткость на кручение. Кроме того, он обладает хорошей ударопрочностью.
Модель основана на циклоидальных дисках, которые входят в зацепление со штифтами на неподвижном зубчатом колесе. Результирующая функция трения возникает, когда ротор начинает вращаться. Она также возникает, когда ротор меняет направление вращения. Модель имеет две кривые: одну для режима работы двигателя и одну для режима работы генератора.
Трохоидальный профиль на периферии циклоидального диска необходим для правильного сопряжения вращающихся частей. Кроме того, профиль должен быть точно определен. Это позволит равномерно распределить контактные силы.
Данная модель использовалась для сравнения относительных характеристик циклоидального редуктора с эвольвентным редуктором. Это сравнение показывает, что циклоидальный редуктор способен выдерживать большую нагрузку, чем эвольвентный, а также имеет больший срок службы и позволяет получать высокие передаточные числа в компактном корпусе.
Используемая модель позволяет точно воспроизвести геометрию деталей. Она также обеспечивает более качественный анализ напряжений.

Компактный

В отличие от косозубых передач, компактные циклоидальные редукторы могут обеспечивать более высокие передаточные числа. Они более компактны и менее тяжелы. Кроме того, они обеспечивают более высокую точность позиционирования.
Циклоидные редукторы обеспечивают высокий крутящий момент и грузоподъемность. Они также очень эффективны и надежны. Идеально подходят для применений с большими или ударными нагрузками. Кроме того, они отличаются малым люфтом и высокой жесткостью на кручение. Циклоидные редукторы выпускаются в различных вариантах исполнения.
Циклоидальные диски установлены на эксцентриковом входном валу, который приводит их в движение вокруг неподвижной кольцевой шестерни. Кольцевая шестерня состоит из множества штифтов, и циклоидальный диск перемещается на один выступ за каждый оборот входного вала. Выходной вал содержит роликовые штифты, которые вращаются вокруг отверстий в циклоидальном диске.
Циклоидные редукторы идеально подходят для работы с большими и ударными нагрузками. Они обладают высокой жесткостью на кручение и высокими передаточными числами, что делает их очень эффективными. Циклоидные редукторы имеют низкий люфт, высокий крутящий момент и очень компактны.
Циклоидные редукторы используются в самых разных областях, включая морские силовые установки, обрабатывающие центры с ЧПУ, медицинскую технику и манипуляционных роботов. Они особенно полезны в приложениях с критически важной точностью позиционирования, таких как хирургические системы позиционирования. Циклоидные редукторы отличаются чрезвычайно низкими потерями на гистерезис и малым люфтом в течение длительного времени эксплуатации.
Циклоидальные диски обычно проектируются с уменьшенным диаметром циклоиды для минимизации дисбаланса сил на высоких скоростях. Циклоидальные приводы также отличаются минимальным люфтом, высоким передаточным отношением и превосходной точностью позиционирования. Циклоидальные редукторы также имеют длительный срок службы по сравнению с другими типами зубчатых передач. Циклоидальные приводы очень надежны и обеспечивают более высокие передаточные отношения, чем косозубые редукторы.
Циклоидные редукторы отличаются низкой стоимостью и простотой в изготовлении. Редукторы CZPT выпускаются в широком диапазоне размеров и способны создавать высокий крутящий момент на выходной оси.

Высокое соотношение снижения

Среди доступных типов редукторов, в сфере автоматизации популярным выбором является циклоидальный редуктор с высоким передаточным отношением. Этот редуктор используется в приложениях, требующих точной работы и высокой эффективности.
Циклоидные шестерни способны обеспечивать высокий крутящий момент и хорошо его передавать. Они обладают низким трением и малым люфтом. Широко используются в шарнирах роботов. Однако для их изготовления требуются специальные инструменты. Некоторые из них даже были напечатаны на 3D-принтере.
Циклоидальный редуктор обычно представляет собой трехступенчатую конструкцию, включающую входную ступицу, выходную ступицу и две циклоидальные шестерни, вращающиеся друг вокруг друга. На входной ступице установлены подвижные штифты и ролики, а на выходной ступице — неподвижная зубчатая передача.
Входной вал приводится в движение эксцентриковым подшипником. Затем диск прижимается к зубчатому колесу, заставляя его вращаться вокруг подшипника. При вращении диска штифты на зубчатом колесе приводят в движение штифты на выходном валу.
Входной вал совершает максимум девять оборотов, а выходной вал — три. Это означает, что входному валу необходимо совершить более одиннадцати миллионов оборотов, прежде чем сможет вращаться выходной вал. Выходной вал также вращается в противоположном направлении по отношению к входному валу.
В двухступенчатом дифференциальном циклоидальном редукторе входной вал выполнен в виде коленчатого вала. Коленчатый вал соединяет первую и вторую циклоидальные шестерни и одновременно приводит их в действие.
Первый этап представляет собой циклоидальный диск, имеющий профиль зубьев шестерни. На его окружности n=7 лепестков. Каждый лепесток перемещается по окружности делительной окружности, образованной штифтами. Затем диск перемещается с шагом 360 градусов.
Вторая ступень — это циклоидальный диск, также известный как «шлифовальная шестерня». Количество зубьев на внешней шестерне меньше, чем на внутренней. Это позволяет уменьшить передаточное число шестерни в зависимости от количества зубьев.

Кинематика

Различные ученые изучали кинематику циклоидальных редукторов. Они разработали различные подходы к изменению профиля зубьев циклоидальных шестерен. Некоторые из этих подходов включают изменение формы циклоидального диска и изменение положения центра шлифовального круга.
В данной статье описывается новый подход к модификации профиля циклоидальной зубчатой ​​передачи. Он основан на математической модели и включает в себя несколько важных параметров, таких как угол зацепления, люфт и зазор в основании зуба. Исследование предлагает новый способ модификации конструкции циклоидальных зубчатых передач в прецизионных редукторах для роботов.
Угол зацепления профиля зуба — это межсегментный угол между нормальным направлением и направлением скорости в точке зацепления. Распределение угла зацепления важно для определения эффективности передачи усилия зубьями шестерни при зацеплении. Тенденцию распределения можно получить, вычислив уравнение (5).
Математическая модель модификации профиля зуба может быть получена путем установления связи между распределением угла давления и функцией модификации. Зависимой переменной является модификация DL, а независимой переменной — угол давления a.
Положение опорной точки А является важным фактором при проектировании модификации. Оно обеспечивает оптимальную передачу усилия в зацепляющем сегменте. Оно определяется наименьшим углом зацепления профиля. Положение также зависит от типа модифицируемой шестерни и от зазора между зубьями.
Математическая модель, описывающая распределение угла давления, разработана с использованием формулы DL=f(a). Это кусочно-линейная функция, определяющая распределение угла давления профиля зуба. Ее также можно выразить как DL=ph.
Угол зацепления зуба также представляет собой угол между общей нормалью в точке зацепления и направлением скорости вращения циклоидальной шестерни.

Планетарные редукторы против циклоидальных редукторов

В целом, для систем управления движением используются два типа редукторов: циклоидальные и планетарные. Циклоидальные редукторы применяются для высокочастотных движений, а планетарные — для низкоскоростных. Оба типа являются высокоточными и прецизионными редукторами, способными выдерживать большие нагрузки при высокой частоте циклов. Однако у них есть разные преимущества и недостатки. Поэтому инженерам необходимо определить, какой тип редуктора лучше всего подходит для их задачи.
Циклоидные редукторы широко используются в промышленной автоматизации. Они обеспечивают превосходные характеристики при передаточном отношении всего 10:1. Они отличаются более компактной конструкцией, более высокой плотностью крутящего момента и лучшей защитой от перегрузок. Кроме того, они занимают меньше места и стоят дешевле, чем планетарные редукторы.
С другой стороны, планетарные редукторы легкие и обеспечивают более высокую плотность крутящего момента. Они также способны работать с более высокими передаточными числами. У них более длительный срок службы, они более точны и долговечны. Они выпускаются в различных вариантах, включая квадратные, круглые и двухрамные конструкции. Они обеспечивают широкий диапазон крутящего момента и скорости и используются в многочисленных областях применения.
Циклоидальные редукторы могут быть изготовлены с различными типами циклоидальных кулачков, включая одинарные или составные. Циклоидальные кулачки представляют собой цилиндрические элементы с кулачковыми толкателями, вращающимися эксцентрично. Кулачковые толкатели действуют как зубья на внутренней шестерне. Циклоидальные кулачки — это простая концепция, но она обладает многочисленными преимуществами. Они имеют низкий люфт в течение длительного времени, что позволяет более точно позиционировать механизм. Кроме того, они обладают внутренними сжимающими напряжениями и коэффициентом перекрытия между элементами качения.
Планетарные редукторы характеризуются тремя основными элементами, передающими усилие: кольцевой шестерней, солнечной шестерней и планетарной шестерней. Как правило, это двухступенчатые редукторы. Солнечная шестерня крепится к входному валу, который, в свою очередь, крепится к серводвигателю. Кольцевая шестерня вращает солнечную шестерню, а планетарная шестерня вращает выходной вал.

Редактор: CX, 08.11.2023