Циклоноидальный редуктор

По сути, циклоидальный редуктор — это редуктор, использующий циклоидальное движение для совершения вращательных движений. Это очень простая и эффективная конструкция, которая может использоваться в самых разных областях применения. Циклоидальный редуктор часто используется в тех случаях, когда требуется перемещение тяжелых грузов. Он имеет ряд преимуществ перед планетарным редуктором, включая способность выдерживать более высокие нагрузки и скорости.

Динамические и инерционные эффекты циклоидального редуктора

Было проведено несколько исследований динамических и инерционных эффектов циклоидального редуктора. Некоторые из них сосредоточены на принципах работы, в то время как другие — на математической модели редуктора. В данной статье рассматривается математическая модель циклоидального редуктора и сравниваются его характеристики с результатами реальных измерений. Наличие правильной математической модели важно для проектирования и управления циклоидальным редуктором. Циклоидальный редуктор — это двухступенчатый редуктор с циклоидальным диском и кольцевой шестерней, вращающейся вокруг своей оси.
Математическая модель состоит из более чем 1,6 миллиона элементов. Каждая пара зубчатых передач представлена ​​упрощенной моделью с 500 собственными модами. Собственная частота для прямозубой шестерни составляет 70 кГц. Модально упрощенная модель хорошо подходит для циклоидального редуктора.
Математическая модель была проверена с помощью программного обеспечения ABAQUS. Циклоидальный диск был дискретизирован для получения очень точной модели. Для этого требуется 400 точек элементов на зуб. Модель также была проверена с помощью статического конечно-элементного анализа (FEA). Затем эта модель была использована для моделирования залипания шестерен во всех квадрантах. Это новый подход к моделированию залипания в циклоидальном редукторе. Было показано, что он дает результаты, сопоставимые с результатами модели EMBS. Результаты также совпадают с результатами упругой многотельной имитационной модели. Это хорошее соответствие для контактных сил и величины циклоидального диска. Также было установлено, что точность передачи между циклоидальным диском и кольцевой шестерней составляет около 98,5%. Однако это значение ниже, чем точность передачи пары кольцевых шестерен. Ошибка передачи скорректированной модели составляет около 0,3%. Точность передачи ниже из-за меньшего количества упругой деформации на боковых поверхностях зубьев.
Важно отметить, что наиболее точные контактные силы для каждого зуба циклоидального редуктора не являются плавными. Контактная сила на отдельном зубе начинается с линейного подъема, а затем резко падает. Она не так плавна, как контактная сила при точечном контакте, поэтому ее сравнивают с контактной силой при эллиптическом контакте. Однако контакт при эллиптическом контакте все еще относительно мал, и модель EMBS не способна это учесть.
Конечно-элементная модель циклоидального диска содержит около 1,6 миллиона элементов. Наиболее важной частью конечно-элементной модели является дискретизация циклоидального диска. Дискретизация циклоидального диска крайне важна из-за высокой степени вибрации, которую он испытывает. Циклоидальный диск должен быть дискретизирован достаточно точно, чтобы результаты были сопоставимы с результатами статического конечно-элементного анализа. Модель должна быть максимально точной, чтобы обеспечить возможность точного моделирования контактных сил между циклоидальным диском и зубчатым колесом.

Кинематика циклоидального привода

Используя произвольную систему координат, мы можем наблюдать движение компонентов в циклоидальном редукторе. Мы видим, что циклоидальный диск вращается вокруг неподвижных штифтов по окружности, а вал толкателя вращается вокруг эксцентрикового кулачка. Кроме того, мы видим, что входной вал установлен эксцентрично относительно подшипника качения.
Мы также отмечаем, что циклоидальный диск вращается независимо вокруг эксцентрикового подшипника, в то время как вал толкателя вращается вокруг оси симметрии. Таким образом, можно заключить, что циклоидальный диск играет ключевую роль в кинематике циклоидального редуктора.
Для расчета эффективности циклоидального редуктора мы используем модель, основанную на нелинейной жесткости контактов. В этой модели нелинейность контакта определяется нелинейностью силы и деформации в контакте. Мы показали, что эффективность циклоидального редуктора возрастает с увеличением нагрузки. Кроме того, эффективность зависит от скорости скольжения и деформаций нормальной нагрузки. Эти факторы рассматриваются как ключевые переменные, определяющие эффективность циклоидального привода.
Мы также рассматриваем КПД циклоидального редуктора в зависимости от входного крутящего момента и входной скорости. КПД можно рассчитать, разделив суммарный крутящий момент в зубчатом колесе на выходной крутящий момент. КПД можно регулировать в соответствии с различными условиями эксплуатации. КПД циклоидального привода увеличивается с увеличением нагрузки.
Циклоидальный редуктор — это многоступенчатый редуктор с малым валом и большим валом. Он имеет 19 зубьев и латунные шайбы. Внешние диски движутся в противовес среднему диску и смещены на 180 градусов. Средний диск вдвое массивнее внешнего. Циклоидальный диск имеет девять лопастей, которые перемещаются на одну лопасть за один оборот приводного вала. Количество штифтов в диске должно быть меньше, чем количество штифтов в окружающих его штифтах.
Входной вал приводит в движение эксцентриковый подшипник, способный передавать мощность на выходной вал. Кроме того, входной вал передает усилия на циклоидальный диск через промежуточный подшипник. Затем циклоидальный диск перемещается на 360 градусов/поворот/шаг ролика. После этого штифты выходного вала перемещаются в отверстиях, обеспечивая непрерывное вращение выходного вала. Входной вал создает синусоидальное движение для поддержания постоянной скорости вращения базового вала. Эта синусоида вызывает небольшие корректировки ведомого вала. Силы, приложенные к внутренним втулкам, являются частью механизма равновесия.
Кроме того, можно заметить, что циклоидальная передача способна передавать больший крутящий момент, чем планетарная передача. Это объясняется большей осевой длиной циклоидальной передачи и меньшим диаметром отверстия в кольцевой шестерне. Также возможно обеспечить надежное соединение между неподвижным кольцом и диском за счет зубчатого зацепления между неподвижным кольцом и диском. Циклоидальный диск обычно проектируется с короткой циклоидой для минимизации сил дисбаланса на высоких скоростях.

Сравнение с планетарными редукторами

По сравнению с планетарными редукторами, циклоидальный редуктор имеет ряд преимуществ. К ним относятся: низкий люфт, лучшая перегрузочная способность, компактная конструкция и возможность работы в широком диапазоне применений. Циклоидальный редуктор стал популярен на рынке многоосевой робототехники. Он также все чаще используется в первых шарнирах и позиционерах.
Циклоидальный редуктор — это редуктор, состоящий из четырех основных компонентов: циклоидального диска, выходного фланца, зубчатого колеса и неподвижного кольца. Циклоидальный диск приводится в движение эксцентриковым валом, который вращается на 360 градусов/поворот/шаг ролика. Выходной фланец представляет собой неподвижный диск с шарнирным соединением, передающий мощность на выходной вал. Зубчатое колесо представляет собой неподвижное кольцо, а входной вал соединен с серводвигателем.
Циклоидальный редуктор предназначен для управления инерцией в условиях высокой динамики. Такие редукторы обычно используются в робототехнике и позиционерах, где они применяются для позиционирования тяжелых грузов. Они также широко используются в различных промышленных приложениях. Благодаря высокой плотности крутящего момента и малому люфту, они идеально подходят для работы с тяжелыми грузами.
Выходной фланец также рассчитан на крутящий момент до 500 Нм. Его частота вращения ниже, чем у планетарного редуктора, но выходной крутящий момент значительно выше. Он разработан как высокопроизводительный редуктор и может использоваться в приложениях, требующих высоких передаточных чисел и высокой плотности крутящего момента. Циклоидальный редуктор также дешевле и имеет меньший люфт. Однако у циклоидального редуктора есть недостатки, которые следует учитывать при проектировании. Главная проблема — вибрации.
По сравнению с планетарными редукторами, циклоидальные редукторы имеют меньшие габариты и стоят дешевле. Кроме того, циклоидальный редуктор обладает большим передаточным отношением на одной ступени. Как правило, циклоидальные редукторы имеют одну или две ступени, третья ступень встречается реже. Однако циклоидальный редуктор — не единственный тип редуктора с такой конфигурацией. Также часто встречаются планетарные редукторы с одной ступенью.
Существует несколько различных типов циклоидальных редукторов, которые часто называют циклоидальными редукторами скорости. Эти редукторы предназначены для любой отрасли, использующей сервоприводы. Они короче планетарных редукторов и имеют больший диаметр при том же крутящем моменте. Некоторые из них также доступны с передаточным отношением ниже 30:1.
Циклоидальный редуктор может быть хорошим выбором для применений, где требуются высокие скорости вращения и большой крутящий момент. Эти редукторы также более компактны, чем планетарные редукторы, и подходят для применений с высоким крутящим моментом. Кроме того, они более прочны и выдерживают ударные нагрузки. Они также обладают малым люфтом, более высокой точностью и точностью позиционирования. Они также используются в широком спектре применений, включая промышленную робототехнику.

Редактор: CX, 09.05.2023