Matematický model cykloidnej prevodovky

Prevodovka s cykloidným rotorom je ideálna konštrukcia pre auto alebo akékoľvek iné vozidlo, pretože cykloidná konštrukcia dokáže znížiť amplitúdu vibrácií, ktorá je kľúčovou súčasťou výkonu auta. Použitie cykloidnej prevodovky je tiež skvelý spôsob, ako znížiť trenie medzi ozubenými kolesami v prevodovke, čo môže pomôcť znížiť hluk a opotrebovanie. Cykloidná prevodovka je tiež veľmi účinná konštrukcia pre vozidlo, ktoré musí fungovať pri vysokom zaťažení, pretože prevodovka môže byť veľmi odolná voči rázovým zaťaženiam.

Základné princípy dizajnu

Cykloidné prevodovky sa používajú na presné ozubenie. Cykloidné pohony sú kompaktné a robustné a ponúkajú nižšiu vôľu, torznú tuhosť a dlhšiu životnosť. Sú vhodné aj pre aplikácie s ťažkými zaťaženiami.
Cykloidné pohony sú kompaktné a poskytujú veľmi vysoké redukčné pomery. Sú tiež veľmi robustné a zvládajú rázové zaťaženia. Cykloidné pohony sú ideálne vhodné pre širokú škálu technológií pohonov. Cykloidné ozubené kolesá majú vynikajúcu torznú tuhosť a dokážu poskytnúť prevodový pomer 300:1. Môžu sa použiť aj v aplikáciách, kde nie je žiaduce skladať viacero prevodových stupňov.
Aby sa dosiahol vysoký redukčný pomer, cykloidné ozubené kolesá musia byť vyrobené mimoriadne presne. Cykloidné ozubené kolesá majú zakrivený profil zubov, ktorý odstraňuje šmykové sily v každom bode kontaktu. To zabezpečuje pozitívne uloženie ozubeného kotúča. Tento profil môže byť vytvorený na samostatnom vonkajšom puzdre alebo ako vložka vnútorného profilu ozubeného kolesa.
Cykloidné pohony sa používajú v lodných pohonných systémoch, kde sa zaťažovacia doska otáča okolo osí X a Y. Doska je ukotvená závitovým otvorom umiestneným 15 mm od stredu.
V cykloidnej prevodovke sa na podopretie nosnej dosky používa sekundárne nosičové teleso. Sekundárne nosičové teleso sa skladá z montážneho nosičového telesa a sekundárneho nosičového kotúča.

Nízke trenie

Bolo vykonaných niekoľko štúdií s cieľom pochopiť statické problémy ozubených kolies. V tomto článku sa zaoberáme matematickým modelom cykloidnej prevodovky s nízkym trením. Tento model je navrhnutý na výpočet rôznych parametrov, ktoré ovplyvňujú výkon prevodovky počas výroby.
Model je založený na novom prístupe, ktorý zahŕňa efekt stikcie a nelineárnu charakteristiku trenia. Tieto parametre nie sú pokryté konvenčným pravidlom.
Stikčný efekt je prítomný pri zmene smeru rýchlosti. Počas tohto času je potrebný vstupný krútiaci moment, aby prevážil nad stikčným efektom a vyvolal pohyb. Model nám tiež umožňuje vypočítať veľkosť stikčného efektu a jeho rýchlosť odtrhnutia.
Najdôležitejšie je, že model sa dá použiť na zlepšenie dynamického správania riadeného systému. V tomto ohľade má model vysoký stupeň presnosti. Model je testovaný v niekoľkých kvadrantoch prevodovky, aby sa našla optimálna rýchlosť odtrhnutia priľnavosti. Výsledky simulácie modelu ukazujú, že tento model je účinný pri predpovedaní účinnosti cykloidnej prevodovky s nízkym trením.
Okrem modelu trenia sme študovali aj účinnosť cykloidného reduktora s nízkym trením. Prevodový pomer tejto prevodovky bol odhadnutý zo vzorca. Zistilo sa, že prevodový pomer sa blíži k mínus nekonečnu, keď je krútiaci moment motora blízky nule Nm.

Kompaktný

Na rozdiel od štandardných planétových prevodoviek sú cykloidné prevodovky kompaktné, majú nízke trenie a prakticky nulovú vôľu. Ponúkajú tiež vysoké redukčné pomery, vysokú nosnosť a vysokú účinnosť. Vďaka týmto vlastnostiam sú vhodnou voľbou pre rôzne aplikácie.
Cykloidné disky sú poháňané excentrickým vstupným hriadeľom. Tieto sú potom poháňané stacionárnym ozubeným veniecom. Ozubený veniec otáča cykloidným diskom vyššou rýchlosťou. Vstupný hriadeľ sa otočí deväťkrát, aby dokončil jednu otáčku. Ozubený veniec je navrhnutý tak, aby korigoval dynamickú nerovnováhu.
Cykloidné prevodovky CZPT sú navrhnuté pre presnú a stabilnú prevádzku. Tieto reduktory sú robustné a zvládnu veľké posuny. Ponúkajú tiež vysokú ochranu proti preťaženiu. Sú vhodné pre terapiu rázovými vlnami. Prevodovky CZPT sú tiež vhodné pre aplikácie s kritickou presnosťou polohovania. Vyžadujú si tiež nízke náklady na montáž a návrh. Sú navrhnuté pre dlhú životnosť a nízke hysterézne straty.
Cykloidné reduktory CZPT sa používajú v rôznych priemyselných aplikáciách vrátane CNC obrábacích centier, polohovačov robotov a manipulátorov. Ponúkajú jedinečný dizajn, ktorý zvláda vysoké sily na výstupnej osi a sú obzvlášť vhodné pre veľké posuny. Tieto prevodovky sú vysoko účinné, znižujú náklady a sú dostupné v rôznych veľkostiach. Sú ideálne pre aplikácie, ktoré vyžadujú milimetrovú presnosť.

Vysoké redukčné pomery

V porovnaní s inými prevodovkami ponúkajú cykloidné prevodovky vysoké redukčné pomery a malú vôľu. Sú tiež lacnejšie. Cykloidné prevodovky sa dajú použiť v rôznych odvetviach. Sú vhodné pre robotické aplikácie. Majú tiež vysokú účinnosť a nosnosť.
Cykloidná prevodovka funguje na princípe otáčania cykloidného disku. Tento disk obsahuje otvory, ktoré sú väčšie ako čapy na výstupnom hriadeli. Keď sa disk otáča, výstupné čapy sa pohybujú v otvoroch a vytvárajú stabilnú rotáciu výstupného hriadeľa. Tento typ prevodovky nevyžaduje stohovanie stupňov.
Cykloidné prevodovky sú zvyčajne kratšie ako planétové prevodovky. Navyše sú robustnejšie a dokážu prenášať vyššie krútiace momenty.
Cykloidné prevodovky majú excentrickú vačku, ktorá poháňa cykloidný kotúč. Cykloidný kotúč sa posúva v krokoch 360 stupňov/otáčanie/valčekovanie. Tiež sa otáča excentricky. Zaberá s telesom ozubeného venca. Tiež zaberá s vnútornými zubami telesa ozubeného venca.
Počet lalokov na cykloidnom disku nie je dostatočný na vytvorenie dobrého prevodového pomeru. V skutočnosti musí byť počet lalokov menší ako počet čapov obklopujúcich cykloidný disk.
Cykloidný kotúč sa otáča excentrickou vačkou, ktorá vyčnieva zo základného hriadeľa. Vačka sa tiež otáča vo vnútri cykloidného kotúča. Excentrický pohyb vačky pomáha cykloidnému kotúču otáčať sa okolo čapov puzdra ozubeného venca.

Zníženie amplitúdy vibrácií

Boli študované rôzne prístupy k zníženiu amplitúdy vibrácií v cykloidnej prevodovke. Tieto prístupy sú založené na kinematickej analýze prevodovky.
Cykloidná prevodovka je prevodovka, ktorá sa skladá z ložísk, ozubených kolies a excentrického ložiska, ktoré poháňa cykloidný kotúč. Táto prevodovka má vysoký redukčný pomer, ktorý sa dosahuje sériou čapov výstupného hriadeľa, ktoré poháňajú výstupný hriadeľ pri otáčaní kotúča.
Testovacia lavica použitá v štúdiách má štyri senzory. Každý senzor získava signály pomocou rôznych techník spracovania signálu. Okrem toho je k dispozícii tachometer, ktorý zaznamenáva zmeny rýchlosti otáčania na vstupnej strane.
Kinematická štúdia robotickej prevodovky bola vykonaná s cieľom pochopiť frekvenciu vibrácií a určiť, či je prevodovka chybná. Zistilo sa, že prevodovka pracuje správne, keď je amplitúda osí x a y nízka. Avšak, keď je amplitúda vysoká, naznačuje to poruchu prvku.
Frekvenčná analýza vibračných signálov sa vykonáva pre cyklostacionárne aj necyklostacionárne podmienky. Vybrané frekvencie sú tie, ktoré sa vyskytujú v oboch typoch podmienok.

Odolný voči nárazovým zaťaženiam

V porovnaní s tradičnými prevodovkami majú cykloidné prevodovky významné výhody, pokiaľ ide o rázové zaťaženie. Patrí medzi ne vysoká rázová únosnosť, vysoká účinnosť, nižšie náklady, nižšia hmotnosť, nižšie trenie a lepšia presnosť polohovania.
Cykloidné prevody sa môžu použiť ako náhrada za tradičné planétové prevody v aplikáciách, kde je dôležitá zotrvačnosť, napríklad pri preprave ťažkých nákladov. Majú ľahšiu konštrukciu a dajú sa vyrobiť v kompaktnejšej veľkosti, čo pomáha znižovať náklady a náklady na inštaláciu. Cykloidné prevody sú tiež schopné dosiahnuť prevodové pomery až 300:1 v malom balení.
Cykloidné ozubené kolesá sú vhodné aj pre aplikácie, kde je nevyhnutná dlhá životnosť. Ich radiálny upínací krúžok znižuje zotrvačnosť až o 391 TP3T. Cykloidné ozubené kolesá majú torznú tuhosť, ktorá je päťkrát vyššia ako u konvenčných planétových ozubených kolies.
Cykloidné prevodovky môžu priniesť významné vylepšenia v miešačkách betónu. Ide o vysoko účinnú konštrukciu, ktorá umožňuje dôležité inovácie. Sú tiež ideálne pre servo aplikácie, obrábacie stroje a zdravotnícku techniku. Vyznačujú sa užívateľsky prívetivými skrutkovými spojmi, účinnou ochranou proti korózii a efektívnou manipuláciou.
Cykloidné prevody sú obzvlášť užitočné pre aplikácie s kritickou presnosťou polohovania. Napríklad pri riadení veľkých parabolických antén je na udržanie presnosti potrebná vysoká rázová zaťažiteľnosť. Cykloidné prevody dokážu odolať rázovým zaťaženiam až do 5001 TP3T ich menovitého krútiaceho momentu.

Inerciálne účinky

Boli vykonané rôzne štúdie zamerané na skúmanie statických problémov ozubených kolies. Stále však existuje potreba vhodného modelu na skúmanie dynamického správania riadeného systému. Na tento účel bol vyvinutý matematický model cykloidnej prevodovky. Prezentovaný model je jednoduchý model, ktorý možno použiť ako základ pre zložitejší mechanický model.
Matematický model je založený na mechanickej konštrukcii cykloidnej prevodovky a má nelineárnu treciu charakteristiku. Model dokáže reprodukovať prúdové špičky a zlomy v pokoji. Zohľadňuje aj vplyv trenia. Nezahŕňa však vôľu ani torznú tuhosť.
Tento model sa používa na výpočet prúdu generujúceho krútiaci moment a zotrvačnosti motora. Tieto hodnoty sa potom porovnajú s meraním v reálnom systéme. Výsledky ukazujú, že výsledky simulácie sú veľmi blízke meraniu v reálnom systéme.
V modeli sa zohľadňuje niekoľko parametrov na zlepšenie jeho dynamického správania. Tieto parametre sa vypočítavajú z harmonickej analýzy systému pohonu. Sú to prúd generujúci krútiaci moment, zotrvačnosť a kontaktné sily rotujúcich častí.
Model má vysokú úroveň presnosti a možno ho použiť na riadenie motorov. Je tiež schopný reprodukovať dynamické správanie riadeného systému.

editor od CX 2023-10-20