Cyklónová prevodovka vs. evolventná prevodovka

Či už pre svoju aplikáciu používate cykloidnú prevodovku alebo evolventnú prevodovku, mali by ste vedieť niekoľko vecí. Tento článok sa zameria na niektoré z týchto vecí, vrátane: cykloidnej prevodovky verzus evolventnej prevodovky, hmotnosti, tlakovej sily, presnosti a hustoty krútiaceho momentu.

Tlaková sila

Bolo vykonaných niekoľko štúdií na analýzu statických charakteristík ozubených kolies. V tomto článku autori skúmajú štrukturálne a kinematické princípy cykloidnej prevodovky. Cykloidná prevodovka je prevodovka, ktorá používa excentrické ložisko vo vnútri rotujúceho rámu. Nemá spoločný pár pastorok-ozubené koleso, a preto je ideálna pre vysoký redukčný pomer.
Cieľom tejto práce je preskúmať rozloženie napätia na cykloidnom disku. S cieľom preskúmať rozloženie zaťaženia a dynamické účinky sú skúmané rôzne profily ozubených kolies.
Cykloidné prevodovky sú vystavené kompresii a vôli, čo si vyžaduje použitie správnych pomerov pre mieru uloženia a TSA. Článok sa tiež zameriava na kinematické princípy reduktora. Okrem toho autori používajú štandardné techniky analýzy hriadeľa/ozubenia a cykloidného disku.
Autori predtým pracovali na dynamickej simulácii tuhého telesa cykloidného reduktora. Analýza použila trochoidný profil na obvode cykloidného disku. Trochoidný profil sa získa z výrobného výkresu a zohľadňuje tolerancie.
Hustota siete v cykloidnom disku zachytáva presnú geometriu súčiastok. Poskytuje presné kontaktné napätia.
Cykloidný kotúč sa skladá z deviatich lalokov, ktoré sa pri každej otáčke hnacieho hriadeľa posunú o jeden lalok. Keď sa však kotúč otáča okolo čapov, cykloidný kotúč sa nepohybuje okolo ťažiska. Preto cykloidný kotúč zdieľa krútiaci moment s piatimi vonkajšími valčekmi.
Nízky redukčný pomer v cykloidnej prevodovke má za následok vyššie indukované napätie v cykloidnom disku. Je to spôsobené väčším otvorom určeným na zníženie materiálu vo vnútri disku.

Hustota krútiaceho momentu

Bolo študovaných niekoľko typov magnetických prevodoviek. Niektoré magnetické prevodovky majú vyššiu hustotu krútiaceho momentu ako iné, ale stále nie sú schopné konkurovať mechanickým prevodovkám.
Bola vyvinutá a testovaná nová cykloidná magnetická prevodovka s vysokou hustotou krútiaceho momentu s Halbachovými rotormi. Návrh bol overený zostavením prototypu CPCyMG. Výsledky ukázali, že simulovaný šmykový moment bol porovnateľný s experimentálnym šmykovým momentom. Nameraný špičkový krútiaci moment bol priestorová harmonická p3 = 14 a zodpovedá hustote krútiaceho momentu v aktívnej oblasti 261,4 N*m/L.
Táto cykloidná prevodovka má tiež vysoký prevodový pomer. Bola testovaná na dosiahnutie maximálneho krútiaceho momentu 147,8 Nm, čo je viac ako dvojnásobok hustoty krútiaceho momentu tradičnej cykloidnej prevodovky. Konštrukcia obsahuje feromagnetickú zadnú podperu, ktorá poskytuje mechanickú oporu pri výrobe.
Táto cykloidná prevodovka tiež ukazuje, ako malý priemer môže dosiahnuť vysokú hustotu krútiaceho momentu. Je navrhnutá s axiálnou dĺžkou 50 mm. Radiálne vychyľovacie sily pri tejto dĺžke nie sú závažné. Konštrukcia využíva malú vzduchovú medzeru na zníženie radiálnych vychyľovacích síl, ale nie je to jediná konštrukčná možnosť.
Kompromisná konštrukcia má tiež vysokú objemovú hustotu krútiaceho momentu. Má menšiu vzduchovú medzeru a vyššiu hmotnostnú hustotu krútiaceho momentu. Je uskutočniteľná a mechanicky pevná. Táto konštrukcia je tiež jednou z najefektívnejších vo svojej triede.
Špirálové ozubenie je novšia technológia, ktorá prináša cykloidnej prevodovke vyššiu úroveň presnosti. Umožňuje servomotoru zvládať ťažké zaťaženie pri vysokých frekvenciách cyklov. Je tiež užitočná v aplikáciách, ktoré vyžadujú menšie konštrukčné rozsahy.

Hmotnosť

V porovnaní s planétovými prevodovkami nie je hmotnosť cykloidných prevodoviek taká významná. Poskytujú však určité výhody. Jednou z najvýznamnejších vlastností je ich bezvôľový chod, ktorý im pomáha dosahovať plynulý a presný pohyb.
Okrem toho poskytujú vysokú účinnosť, čo znamená, že servomotory môžu bežať pri vyšších rýchlostiach. Najlepšie na tom je, že na dosiahnutie vysokého prevodového pomeru ich nie je potrebné skladať na seba.
Ďalšou výhodou cykloidných prevodoviek je, že sú zvyčajne lacnejšie ako planétové prevodovky. To znamená, že sú vhodné pre výrobný priemysel a robotiku. Sú tiež vhodné pre ťažké roboty, ktoré vyžadujú robustnú prevodovku.
Taktiež poskytujú lepší redukčný pomer. Cykloidné prevody dokážu dosiahnuť redukčné pomery od 30:1 do 300:1, čo je obrovské zlepšenie oproti planétovým prevodom. Existuje však len málo modelov, ktoré poskytujú pomer pod 30:1.
Cykloidné prevody tiež ponúkajú väčšiu odolnosť voči opotrebovaniu, čo znamená, že vydržia dlhšie ako planétové prevodovky. Sú tiež kompaktnejšie, čo im pomáha dosahovať vysoké prevodové pomery v menšom priestore. Konštrukcia cykloidných prevodov ich tiež robí menej náchylnými na vôľu, čo je jedna z hlavných nevýhod planétových prevodoviek.
Okrem toho môžu cykloidné ozubené kolesá poskytnúť aj lepšiu presnosť polohovania. V skutočnosti je to jeden z hlavných dôvodov pre výber cykloidných ozubených kolies pred planétovými. Je to preto, že cykloidný kotúč sa otáča okolo ložiska nezávisle od vstupného hriadeľa.
V porovnaní s planétovými prevodovkami sú cykloidné prevody tiež oveľa kratšie. To znamená, že poskytujú najlepšiu presnosť polohovania. Sú tiež ľahšie (50%), čo znamená, že majú menší priemer.

Presnosť

Niekoľko odborníkov študovalo cykloidnú prevodovku v presných reduktoroch. Ich výskum sa zameriava najmä na matematický model a metódu hodnotenia presnosti cykloidných ozubených kolies.
Tradičná modifikácia cykloidných ozubených kolies sa realizuje hlavne nastavením rôznych parametrov obrábania a stredovej polohy brúsneho kotúča. Má však aj určité nevýhody, ako je nestabilná presnosť záberu a nekontrolovateľný tvar krivky profilu zuba.
V tejto štúdii je navrhnutá nová metóda modifikácie návrhu cykloidných ozubených kolies. Táto metóda je založená na výpočte vôle v zábere a rozloženia uhla tlaku. Dokáže efektívne predbežne kontrolovať presnosť prevodu cykloidného ozubeného kolesa. Dokáže tiež zabezpečiť dobré charakteristiky záberu.
Navrhovaná metóda sa môže použiť pri výrobe rotačných vektorových reduktorov. Je tiež použiteľná v presných reduktoroch pre roboty.
Matematický model pre cykloidné ozubené kolesá je možné vytvoriť s uhlom tlaku a ako závislou premennou. Je možné vypočítať rozloženie uhla tlaku a profilový uhol tlaku. Dá sa tiež vyjadriť ako DL=f(a). Môže sa použiť pri návrhu presných reduktorov.
Štúdia tiež zohľadňuje vôľu koreňa ozubeného kolesa, vôľu zubov ozubeného kolesa a uhol profilu. Tieto faktory majú priamy vplyv na prevodový výkon cykloidného ozubeného kolesa. To tiež naznačuje vyššiu presnosť pohybu a menšiu vôľu. Modifikovaný profil môže tiež odrážať menšiu chybu prevodu.
Navrhovaná metóda je navyše založená na výpočte strateného pohybu. Určuje uhol kontaktu prvých zubov. Tento uhol je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim kvalitu úpravy. Chyba prenosu po druhej cykloidnej metóde je najmenšia.
Nakoniec je na potvrdenie navrhovanej metódy uvedená prípadová štúdia ozubeného páru CZPT RV-35N.

Evolventné ozubené kolesá vs. cykloidné ozubené kolesá

V porovnaní s evolventnými ozubenými kolesami majú cykloidné ozubené kolesá nižšiu hlučnosť, menšie trenie a dlhšiu životnosť. Sú však drahšie. Cykloidné ozubené kolesá sa môžu ťažšie vyrábať. Môžu byť menej vhodné pre určité aplikácie vrátane vesmírnych manipulátorov a robotických kĺbov.
Najbežnejším profilom ozubeného kolesa je evolventná krivka kružnice. Táto krivka je tvorená koncovým bodom pomyselnej napnutej struny odvíjajúcej sa z kružnice.
Ďalšou krivkou je epicykloida. Táto krivka je tvorená bodom pevne pripojeným ku kružnici, ktorý sa kotúľa po inej kružnici. Túto krivku je ťažké vyrobiť a jej výroba je oveľa drahšia ako evolventná krivka.
Cykloidná krivka kružnice je tiež príkladom multikurzora. Táto krivka je generovaná lokusom bodu na obvode kružnice.
Cykloidná krivka má rovnaký priemer ako evolventná krivka, ale tangenciálne sa zakrivuje pozdĺž priemeru kružnice. Táto krivka sa tiež klasifikuje ako obyčajná. Má niekoľko ďalších funkcií. Metóda konečných prvkov bola použitá na analýzu deformačného stavu cykloidných reduktorov rýchlosti.
Existuje mnoho ďalších kriviek, ale evolventná krivka je najpoužívanejším profilom ozubeného kolesa. Evolventná krivka kružnice je špirálovitá krivka sledovaná koncovým bodom pomyselnej napnutej struny.
Evolventné ozubené kolesá sú veľmi podobné stavebnici Lego. Je s nimi veľmi zábavné hrať sa. Majú tiež veľa výhod. Napríklad lepšie zvládajú stredové posuvy ako cykloidné ozubené kolesá. Sú tiež oveľa jednoduchšie na výrobu, takže náklady na evolventné ozubenie sú nižšie. Sú však zastarané.
Cykloidné ozubené kolesá sa tiež vyrábajú ťažšie ako evolventné ozubené kolesá. Majú konvexný povrch, čo vedie k väčšiemu opotrebovaniu. Majú tiež jednoduchší tvar ako evolventné ozubené kolesá. Majú tiež menej zubov. Používajú sa pri rotačných pohyboch, napríklad v rotoroch skrutkových kompresorov.

editor by CX 2023-05-31