Výhody použitia cyklónovej prevodovky

Použitie cykloidnej prevodovky na pohon vstupného hriadeľa je veľmi účinný spôsob, ako znížiť rýchlosť stroja. Dosahuje to znížením rýchlosti vstupného hriadeľa o vopred určený pomer. Je schopná dosiahnuť veľmi vysoké prevodové pomery v relatívne malých rozmeroch.

Prevodový pomer

Či už konštruujete lodný pohonný systém alebo čerpadlo pre ropný a plynárenský priemysel, použitie cykloidných prevodoviek má určité výhody. V porovnaní s inými typmi prevodoviek sú kratšie a majú lepšiu hustotu krútiaceho momentu. Tieto prevodovky tiež ponúkajú najlepšiu presnosť hmotnosti a polohovania.
Základná konštrukcia cykloidnej prevodovky je podobná konštrukcii planétovej prevodovky. Hlavný rozdiel spočíva v profile zubov ozubeného kolesa.
Cykloidné ozubené kolesá majú menšie opotrebovanie bokov zubov a nižšie Hertzovo kontaktné napätie. Majú tiež nižšie trenie a torznú tuhosť. Vďaka týmto výhodám sú ideálne pre aplikácie, ktoré zahŕňajú ťažké zaťaženia alebo vysokorýchlostné pohony. Sú tiež vhodné pre vysoké prevodové pomery.
V cykloidnej prevodovke poháňa vstupný hriadeľ excentrické ložisko, zatiaľ čo výstupný hriadeľ poháňa cykloidný kotúč. Cykloidný kotúč sa otáča okolo pevného krúžku a čapy ozubeného venca zasahujú do otvorov v kotúči. Čapy potom poháňajú výstupný hriadeľ, keď sa kotúč otáča.
Cykloidné ozubené kolesá sú ideálne pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoké prevodové pomery a nízke trenie. Sú tiež vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú torznú tuhosť a odolnosť voči rázovému zaťaženiu. Sú tiež vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú kompaktnú konštrukciu a nízku vôľu.
Prevodový pomer cykloidnej prevodovky je určený počtom lalokov na cykloidnom disku. Konštrukcia cykloidného disku s pomerom n=n pohne o jeden lalok na otáčku vstupného hriadeľa.
Cykloidné ozubené kolesá je možné vyrobiť tak, aby sa prevodový pomer znížil z 30:1 na 300:1. Tieto ozubené kolesá sú vhodné pre náročné aplikácie, najmä v automatizačnom priemysle. Ponúkajú tiež najlepšiu presnosť polohovania a vôľu. Vyžadujú si však špeciálne výrobné procesy a neštandardné vlastnosti.

Tlaková sila

V porovnaní s konvenčnými prevodovkami má cykloidná prevodovka jedinečnú kinematickú sústavu. Má excentrické ložisko v rotačnom ráme, ktoré poháňa cykloidný disk. Vyznačuje sa nízkou vôľou a torznou tuhosťou, čo umožňuje prevodový pohyb.
V tejto štúdii sa skúmali vplyvy konštrukčných parametrov s cieľom vyvinúť optimálny návrh cykloidného reduktora. Študovali sa tri hlavné valivé uzly: cykloidný kotúč, vonkajší krúžok a vstupný hriadeľ. Tieto boli použité na analýzu dynamických síl súvisiacich s pohybom, ktoré možno použiť na výpočet napätí a deformácií. Frekvencia záberu ozubených kolies bola vypočítaná pomocou vzorca, ktorý zahŕňal korekčný faktor pre rotujúci rám vonkajšieho krúžku.
Na vyhodnotenie cykloidného disku bola vykonaná trojrozmerná štúdia metódou konečných prvkov (FEA). Skúmal sa vplyv veľkosti otvorov na indukované napätia disku. Štúdia sa tiež zamerala na zvlnenie krútiaceho momentu cykloidného pohonu.
Autori tejto štúdie skúmali aj rozloženie vôle vo výstupnom mechanizme, pričom zohľadnili odchýlky obrábania a štruktúru a geometriu výstupného mechanizmu. Štúdia sa tiež zamerala na relatívnu účinnosť cykloidného reduktora, ktorý bol založený na jednokotúčovom cykloidnom reduktore s rozdielom jedného zuba.
Autori tejto štúdie dokázali odvodiť kontaktné napätie cykloidného disku, ktoré sa vypočíta pomocou kontaktnej tuhosti založenej na materiáli. Toto sa dá použiť na určenie presných kontaktných napätí v cykloidnej prevodovke.
Je dôležité poznať pomery potrebné na výpočet miery únosnosti. Tú možno vypočítať pomocou vzorca f = k (S x R), kde S je objem prvku, R je hmotnosť, k je kontaktná tuhosť a f je vektor sily.

Smer otáčania

Na rozdiel od konvenčného ozubeného kolesa, ktoré má jednu os otáčania, má cykloidná prevodovka tri osi otáčania, ktoré sú rovnobežné a ležia v jednej rovine. Cykloidná prevodovka má vynikajúcu torznú tuhosť a odolnosť voči rázovému zaťaženiu. Zaisťuje tiež konštantnú uhlovú rýchlosť a používa sa vo vysokorýchlostných prevodovkách.
Cykloidná prevodovka sa skladá zo vstupného hriadeľa, hnacieho člena a cykloidného kotúča. Kotúč sa otáča jedným smerom, zatiaľ čo vstupný hriadeľ sa otáča opačným smerom. Vstupný hriadeľ je excentricky upevnený na hnacom člene. Cykloidný kotúč zaberá s telesom ozubeného venca a rotačný pohyb cykloidného kotúča sa prenáša na výstupný hriadeľ.
Na výpočet smeru otáčania cykloidnej prevodovky musí mať cykloid správnu uhlovú orientáciu a stredová čiara cykloidu by mala byť zarovnaná so stredom výstupného otvoru. Najkratšia dĺžka cykloidu by sa mala rovnať polomeru rozteče čapu. Najväčší polomer cykloidu by mal byť rovnaký ako vonkajší priemer ložiska.
Jednostupňový prevod nebude mať veľa priestoru na prácu, takže na maximalizáciu priestoru budete potrebovať viacstupňový prevod. To je tiež dôvod, prečo sú cykloidné prevody zvyčajne navrhnuté so skráteným cykloidom.
Na výpočet najefektívnejšieho profilu zuba pre cykloidné ozubené koleso bola navrhnutá nová metóda. Táto metóda využíva matematický model, ktorý využíva smer otáčania cykloidy a niekoľko ďalších geometrických parametrov. Pomocou po častiach definovanej funkcie súvisiacej s rozložením uhla tlaku sa určí najefektívnejší profil cykloidy. Ten sa potom prekryje s teoretickým profilom. Nová metóda je oveľa flexibilnejšia ako konvenčná metóda a dokáže sa prispôsobiť meniacim sa trendom cykloidného profilu.

Dizajn

Bolo vyvinutých niekoľko konštrukcií cykloidných prevodoviek. Tieto prevodovky majú veľký redukčný pomer v jednom stupni. Používajú sa hlavne pre ťažké stroje. Poskytujú dobrú torznú tuhosť a odolnosť voči rázovému zaťaženiu. Pri vysokých otáčkach však majú aj vibrácie. Na nájdenie riešenia tohto problému bolo vykonaných niekoľko štúdií.
Cykloidná prevodovka sa navrhuje výpočtom redukčného pomeru mechanizmu. Tento pomer sa získa veľkosťou vstupných otáčok. Ten sa potom vynásobí redukčným pomerom profilu ozubeného kolesa.
Najdôležitejším faktorom pri konštrukcii cykloidnej prevodovky je rozloženie zaťaženia pozdĺž šírky ozubeného kolesa. Použitím tohto faktora ako konštrukčného kritéria je možné znížiť amplitúdu vibrácií. Tým sa zabezpečí správna funkcia prevodovky. Na vytvorenie správnych podmienok párovania je potrebné presne definovať trochoidný profil na obvode cykloidného disku.
Jednou z najbežnejších foriem cykloidných ozubených kolies je kruhové oblúkové ozubenie. Toto je najbežnejší typ ozubenia používaný v súčasnosti.
Ďalším typom ozubeného kolesa je hypocykloida. Tento tvar vyžaduje, aby priemer valivej kružnice bol rovný polovici priemeru základnej kružnice. Ďalším špeciálnym prípadom je tvar ozubeného kolesa s hrotom. Tento tvar sa nazýva aj hodinové ozubenie.
Aby tento profil ozubeného kolesa fungoval, počiatočný bod kontaktu musí zostať pevný na okraji valivého disku. Tým sa vytvorí hypocykloidná krivka. Krivka sa sleduje z tohto počiatočného bodu.
Na preskúmanie tohto profilu ozubeného kolesa autori použili 3D analýzu metódou konečných prvkov. Použili matematický model výroby ozubených kolies, ktorý zahŕňal kinematické parametre, výpočty výstupného momentu a kroky obrábania. Výsledný návrh eliminoval vôľu.

Veľkosť a výber

Výber prevodovky môže byť zložitá úloha. Je potrebné zohľadniť mnoho faktorov. Musíte určiť typ aplikácie, požadovanú rýchlosť, zaťaženie a prevodový pomer prevodovky. Získaním týchto informácií môžete nájsť riešenie, ktoré vám najlepšie vyhovuje.
Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je nájsť správnu veľkosť. Existuje niekoľko programov na určovanie veľkosti, ktoré vám pomôžu určiť najvhodnejšiu prevodovku pre vašu aplikáciu. Môžete začať nakreslením cykloidného ozubeného kolesa, ktoré vám pomôže vytvoriť súčiastku.
Pri dimenzovaní je dôležité zvážiť prostredie. Rázové zaťaženia, podmienky prostredia a teploty okolia môžu zvýšiť opotrebovanie zubov ozubených kolies. Teplota má tiež významný vplyv na viskozitu maziva a tesniace materiály.
Musíte tiež zvážiť vstupné a výstupné otáčky. Je to preto, že vstupné otáčky zmenia výpočty prevodového pomeru prevodovky. Ak prekročíte vstupné otáčky, môžete poškodiť tesnenia a spôsobiť predčasné opotrebovanie ložísk hriadeľa.
Ďalším dôležitým aspektom dimenzovania je prevádzkový faktor. Tento faktor určuje množstvo krútiaceho momentu, ktorý prevodovka zvládne. Prevádzkový faktor môže byť už od 1,4, čo je postačujúce pre väčšinu priemyselných aplikácií. Vysoké rázové zaťaženia a nárazy si však budú vyžadovať vyššie prevádzkové faktory. Nezohľadnenie týchto faktorov môže viesť k zlomeniu hriadeľov a poškodeniu ložísk.
Dôležitý je aj typ výstupu. Musíte určiť, či chcete bezkľúčový alebo kľúčový dutý otvor, ako aj či potrebujete výstupnú prírubu. Ak si vyberiete bezkľúčový dutý otvor, budete musieť vybrať materiál tesnenia, ktorý odolá vyšším teplotám.

editor od CX 2023-06-07