Ako používať cyklónovú prevodovku

Často sa na dosiahnutie prenosu krútiaceho momentu z motora alebo čerpadla používa cykloidná prevodovka. Tento typ prevodovky je častou voľbou, pretože má oproti bežnej prevodovke množstvo výhod. Jej hlavnou výhodou je, že sa ľahko vyrába, čo znamená, že ju možno začleniť do rôznych aplikácií. Ak však chcete použiť cykloidnú prevodovku, je potrebné poznať niekoľko vecí. Patria sem princíp činnosti, štruktúra a dynamické a zotrvačné účinky, ktoré s ňou súvisia.

Dynamické a inerciálne účinky

Bolo vykonaných niekoľko štúdií o statických a dynamických vlastnostiach cykloidných ozubených kolies. Štúdium týchto vplyvov je prospešné pri optimálnom návrhu cykloidných reduktorov rýchlosti.
V tejto práci boli skúmané dynamické a inerciálne účinky dvojstupňového cykloidného reduktora rýchlosti pomocou programového balíka CZPT. Okrem toho bol vyvinutý nový model pre cykloidné reduktory založený na nelineárnej kontaktnej dynamike. Nový model si kladie za cieľ predpovedať niekoľko prevádzkových podmienok.
Normálna budiaca kontaktná sila pre cykloidné kotúče prvého a druhého stupňa je veľmi podobná. Celková deformácia v kontaktnom bode je však odlišná. Tento efekt je spôsobený najmä vlastnými osciláciami systému. Cykloidné kotúče druhého stupňa sa otáčajú okolo valčeka ozubeného venca pod uhlom 180 stupňov. Tento uhol významne prispieva k krútiacemu momentu zaťaženia. Celková budiaca sila na cykloidných kotúčoch prvého a druhého stupňa je 1848 N a 2068,7 N.
Na analýzu kontaktného napätia boli skúmané rôzne profily ozubených kolies. Hustota siete bola považovaná za dôležité konštrukčné kritérium. Zistilo sa, že väčší otvor znižuje obsah materiálu v cykloidnom disku a vedie k väčšiemu napätiu.
Okrem toho je možné efektívnejšie znížiť kontaktné sily zmenou geometrických parametrov. To sa dá dosiahnuť zjemnením siete pozdĺž šírky disku. Cykloidný disk má najväčší vplyv na výstupné výsledky.
Účinnosť cykloidného pohonu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zaťažením. Účinnosť cykloidného reduktora závisí aj od excentricity vstupného hriadeľa a cykloidnej dosky. Krivka účinnosti pre malé zaťaženia je lineárna. Pri väčších zaťaženiach sa však krivka účinnosti stáva nelineárnejšou. Je to preto, že tuhosť cykloidného reduktora sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zaťažením.

Štruktúra

Napriek tomu, že to vyzerá ako zložitá inžinierska skladačka, konštrukcia cykloidnej prevodovky je v skutočnosti pomerne jednoduchá. Kľúčovými prvkami sú základňa, nosná doska a axiálne ložisko. Všetky tieto prvky spolupracujú na vytváraní stabilnej a kompaktnej prevodovky.
Základňa má kruhový prierez s niekoľkými valcovými kolíkmi okolo jej vonkajšieho okraja. Kolíky sú upevnené na pevnom krúžku, ktorý ich drží v kruhovej dráhe. Krúžok slúži ako referenčný kruh. Priemer kruhu je približne 5 mm.
Zaťažovacia doska je séria závitových otvorov pre skrutky. Tieto sú usporiadané 15 mm od stredu. Slúžia na ukotvenie vonkajších konštrukcií. Zaťažovacia doska sa musí otáčať okolo osí X a Y.
Axiálne ložisko je umiestnené na vrchu nosnej dosky. Ložisko má vnútorný priemer 35 mm a vonkajší priemer 52 mm. Slúži na umožnenie otáčania okolo osi Z.
Cykloidný kotúč je stredobodom cykloidnej prevodovky. Kotúč má otvory pre čapy, ktoré poháňajú výstupný hriadeľ. Otvory sú väčšie ako otvory používané vo výstupných valčekových čapoch. Kotúč má tiež zníženú excentricitu.
Čapy sú pripevnené k cykloidnému disku pomocou valčekových čapov. Čapy sú vyrobené z materiálu, ktorý poskytuje mechanickú oporu pohonu v situáciách s vysokým krútiacim momentom. Čapy majú vonkajší priemer 9 mm. Disk má niekoľko výstupkov a na jednu otáčku hriadeľa sa otočí o jeden výstupok.
Cykloidná prevodovka má tiež horný kryt, ktorý pomáha držať komponenty pohromade. Kryt má vrecko na náradie. Horný kryt má tiež závity, ktoré sa zaskrutkujú do puzdra.

Princíp fungovania

Spomedzi mnohých typov ozubených prevodov sa cykloidné prevodovky používajú v ťažkých strojoch a viacosových robotoch. Sú vysoko účinné, kompaktné a schopné vysokých prevodových pomerov. Okrem toho majú odolnosť voči preťaženiu.
Cykloidné kotúče sú poháňané excentrickými hriadeľmi, ktoré sa otáčajú okolo pevných krúžkových čapov. Valivé čapy čapového kotúča zaberajú do otvorov v cykloidnom kotúči. Tieto valčekové čapy poháňajú čapový kotúč a čapový kotúč prenáša pohyb na výstupný hriadeľ.
Na rozdiel od konvenčných ozubených pohonov majú cykloidné pohony nízku vôľu a vysokú torznú tuhosť. Sú ideálne vhodné pre ťažké zaťaženia a všetky technológie pohonov. Nižšia hmotnosť a kompaktná konštrukcia cykloidného disku tiež prispieva k jeho vysokej účinnosti a presnosti polohovania.
Cykloidný kotúč hrá ústrednú úlohu v kinematike prevodovky. Otáča sa okolo pevného krúžku v kruhu. Keď je kotúč pritlačený k ozubenému venci, čapy sa dostanú do záberu s kotúčom a valčekové čapy sa otáčajú okolo čapov. Tento rotačný pohyb generuje vibrácie, ktoré sa šíria cez hnané hriadele.
Cykloidné kotúče sú typicky navrhnuté s krátkym cykloidom, aby sa minimalizovala excentricita. To znižuje sily nevyváženosti pri vysokých rýchlostiach. V ideálnom prípade je počet lalokov na cykloide menší ako počet okolitých čapov. To znižuje množstvo Hertzovho kontaktného napätia.
Na rozdiel od planétových prevodov majú cykloidné prevody vysokú presnosť a sú schopné odolávať rázovým zaťaženiam. Tiež majú nízke trenie a menšie opotrebenie na bokoch zubov. Majú tiež vyššiu účinnosť a nosnosť.
Cykloidné ozubené kolesá sa vo všeobecnosti vyrábajú ťažšie ako evolventné ozubené kolesá. Cykloidné ozubené kolesá nie sú vhodné na stohovanie ozubených stupňov. Vyžadujú si extrémnu presnosť výroby. Ich menšia veľkosť a nízka vôľa, vysoká torzná tuhosť a nízke vibrácie ich však robia ideálnymi na použitie v ťažkých strojoch.

Evolventný profil zuba ozubeného kolesa

Takmer všetky ozubené kolesá sa vyrábajú s evolventným profilom zubov. S týmto profilom sa vyrábajú aj cykloidné ozubené kolesá. V porovnaní s evolventnými ozubenými kolesami sú cykloidné ozubené kolesá pevnejšie a dokážu prenášať väčší výkon. Ich výroba však môže byť tiež náročnejšia. To ich robí drahšími.
Profil zuba evolventného ozubeného kolesa je hladká krivka. Je odvodená z evolventnej krivky kružnice. Dotyčnica k základnej kružnici je normálou v ktoromkoľvek bode evolventy.
Táto krivka má vlastnosti, ktoré umožňujú evolventným zubom ozubeného kolesa prenášať pohyb v kolmom smere. Je to tiež dráha, ktorú sleduje koniec struny odvíjajúcej sa z valca.
Evolventný profil má výhodu v jednoduchej výrobe. Umožňuje tiež plynulé zapojenie aj napriek nesprávnemu zarovnaniu stredovej vzdialenosti. Tento profil je tiež uprednostňovaný pred cykloidným profilom zubov, ale nie je najlepší v každom ohľade.
Zuby cykloidných ozubených kolies sú tiež vyrobené z dvoch kriviek. Na rozdiel od evolventných zubov majú zuby cykloidných ozubených kolies konzistentný polomer. Cykloidné ozubené kolesá s menšou pravdepodobnosťou produkujú hluk. Ale ich výroba je tiež drahšia.
Evolventné ozubenie sa ľahšie vyrába, pretože má iba jednu krivku. Cykloidné ozubené kolesá sa dajú vyrobiť aj pomocou hrebeňovej frézy. Vďaka tomu sú lacnejšie na výrobu. Vyžadujú si však odborný návrh. Môžu sa tiež vyrobiť pomocou obrážačky ozubených kolies, ktorá obsahuje pastorkovú frézu.
Profily zubov, ktoré spĺňajú zákon pôsobenia ozubeného kolesa na zub, sa niekedy nazývajú konjugované profily. Evolventný profil je z nich najbežnejší. Umožňuje konštantný prenos krútiaceho momentu.

Negatívna reakcia

Cykloidné pohony zvyčajne poskytujú vysoký prevodový pomer bez vôle. Je to preto, že cykloidný kotúč je poháňaný excentrickým hriadeľom. Počas otáčania sa cykloidný kotúč otáča okolo pevného krúžku. Tento krúžok sa tiež otáča nezávisle od ťažiska.
Cykloidný kotúč sa zvyčajne skracuje, aby sa znížila excentricita. To pomáha minimalizovať sily nevyváženosti, ktoré sa môžu vyskytnúť pri vysokých rýchlostiach. Cykloidný kotúč tiež ponúka väčší prevodový pomer ako tradičné ozubené kolesá. To poskytuje lepšiu presnosť polohy.
Cykloidné pohony majú tiež vysokú torznú tuhosť. To poskytuje väčšiu torznú odolnosť a odolnosť voči rázovému zaťaženiu. To je dôležité z viacerých dôvodov, napríklad v náročných aplikáciách.
Cykloidné pohony majú tiež nižšiu hmotnosť. Vďaka týmto výhodám sú ideálne vhodné pre všetky technológie pohonov. Konštrukcia tiež umožňuje vyššiu torznú tuhosť a životnosť. Tieto pohony majú tiež oveľa menší profil.
Cykloidné pohony sa tiež používajú na zníženie rýchlosti. Vďaka vysokej torznej tuhosti cykloidy majú tiež vysokú presnosť polohovania.
Cykloidné pohony sú vhodné pre rôzne aplikácie vrátane elektromotorov, generátorov a motorov čerpadiel. Sú tiež vysoko odolné voči rázovému zaťaženiu, čo je dôležité v rôznych aplikáciách. Táto konštrukcia je ideálna pre aplikácie, ktoré vyžadujú veľký prevodový pomer v kompaktnom prevedení.
Cykloidné pohony majú tiež výhodu v minimalizácii vôle medzi spájanými komponentmi. To pomáha eliminovať interferenciu a zabezpečiť pevné uloženie. Toto je obzvlášť dôležité v prevodovkách. Umožňuje to tiež použitie snímača zaťaženia a potenciometra na určenie vôle prevodovky.

editor od CX 2023-11-13