Cyklonoidná prevodovka

V podstate je cykloidná prevodovka prevodovka, ktorá na vykonávanie rotačného pohybu využíva cykloidný pohyb. Je to veľmi jednoduchá a efektívna konštrukcia, ktorú možno použiť v rôznych aplikáciách. Cykloidná prevodovka sa často používa v aplikáciách, ktoré vyžadujú pohyb ťažkých bremien. Oproti planétovej prevodovke má niekoľko výhod vrátane schopnosti zvládať vyššie zaťaženie a vyššie rýchlosti.

Dynamické a inerciálne účinky cykloidnej prevodovky

Bolo vykonaných niekoľko štúdií o dynamických a inerciálnych účinkoch cykloidnej prevodovky. Niektoré z nich sa zameriavajú na princípy fungovania, zatiaľ čo iné sa zameriavajú na matematický model prevodovky. Tento článok skúma matematický model cykloidnej prevodovky a porovnáva jej výkon s reálnymi meraniami. Na návrh a riadenie cykloidnej prevodovky je dôležité mať vhodný matematický model. Cykloidná prevodovka je dvojstupňová prevodovka s cykloidným kotúčom a ozubeným veniecom, ktoré sa otáča okolo vlastnej osi.
Matematický model sa skladá z viac ako 1,6 milióna prvkov. Každý pár ozubených kolies je reprezentovaný redukovaným modelom s 500 vlastnými módmi. Vlastná frekvencia pre čelné ozubené koleso je 70 kHz. Modálne redukovaný model je vhodný pre cykloidnú prevodovku.
Matematický model je validovaný pomocou softvéru ABAQUS. Cykloidný kotúč bol diskretizovaný, aby sa vytvoril veľmi jemný model. Vyžaduje si 400 elementárnych bodov na zub. Bol tiež overený pomocou statickej metódy konečných prvkov (MKP). Tento model bol potom použitý na modelovanie tlmenia ozubených kolies vo všetkých kvadrantoch. Ide o nový prístup k modelovaniu tlmenia v cykloidnej prevodovke. Ukázalo sa, že prináša výsledky porovnateľné s výsledkami modelu EMBS. Výsledky sú tiež zhodné s elastickým viactelesovým simulačným modelom. Toto je dobrý prehľad kontaktných síl a veľkosti cykloidného ozubeného kotúča. Zistilo sa tiež, že presnosť prenosu medzi cykloidným ozubeným kotúčom a ozubeným vencom je približne 98,51 TP3T. Táto hodnota je však nižšia ako presnosť prenosu páru ozubených vencov. Chyba prenosu korigovaného modelu je približne 0,31 TP3T. Presnosť prenosu je menšia kvôli menšej miere elastickej deformácie na bokoch zubov.
Je dôležité poznamenať, že najpresnejšie kontaktné sily pre každý zub cykloidnej prevodovky nie sú plynulé. Kontaktná sila na jednom zube začína lineárnym nárastom a potom končí prudkým poklesom. Nie je taká plynulá ako kontaktná sila na bodovom kontakte, a preto bola porovnaná s kontaktnou silou na eliptickom kontakte. Kontakt na eliptickom kontakte je však stále relatívne malý a model EMBS to nedokáže zachytiť.
Model konečných prvkov pre cykloidný kotúč obsahuje približne 1,6 milióna prvkov. Najdôležitejšou časťou modelu konečných prvkov je diskretizácia cykloidného kotúča. Je veľmi dôležité vykonať diskretizáciu cykloidného ozubeného kotúča veľmi starostlivo kvôli vysokému stupňu vibrácií, ktorým je vystavený. Cykloidný kotúč musí byť diskretizovaný jemne, aby boli výsledky porovnateľné s výsledkami statickej metódy konečných prvkov (MKP). Musí ísť o čo najpresnejší model, aby bolo možné presne simulovať kontaktné sily medzi cykloidným kotúčom a ozubeným veniecom.

Kinematika cykloidného pohonu

Pomocou ľubovoľného súradnicového systému môžeme pozorovať pohyb komponentov v cykloidnej prevodovke. Pozorujeme, že cykloidný kotúč sa otáča okolo pevných čapov po kruhu, zatiaľ čo hriadeľ unášača sa otáča okolo excentrickej vačky. Okrem toho vidíme, že vstupný hriadeľ je excentricky uložený vo valivom ložisku.
Taktiež pozorujeme, že cykloidný kotúč sa otáča nezávisle okolo excentrického ložiska, zatiaľ čo hriadeľ sledovacieho zariadenia sa otáča okolo osi symetrie. Môžeme konštatovať, že cykloidný kotúč hrá kľúčovú úlohu v kinematike cykloidnej prevodovky.
Na výpočet účinnosti cykloidného reduktora používame model, ktorý je založený na nelineárnej tuhosti kontaktov. V tomto modeli je nelinearita kontaktu riadená nelinearitou sily a deformáciou v kontakte. Ukázali sme, že účinnosť cykloidného reduktora sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zaťažením. Okrem toho účinnosť závisí od rýchlosti posuvu a deformácií normálového zaťaženia. Tieto faktory sa považujú za kľúčové premenné na určenie účinnosti cykloidného pohonu.
Taktiež zohľadňujeme účinnosť cykloidného reduktora so vstupným krútiacim momentom a vstupnou rýchlosťou. Účinnosť môžeme vypočítať vydelením čistého krútiaceho momentu v ozubenom venci výstupným krútiacim momentom. Účinnosť je možné upraviť tak, aby vyhovovala rôznym prevádzkovým podmienkam. Účinnosť cykloidného pohonu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zaťažením.
Cykloidná prevodovka je viacstupňová prevodovka s malým a veľkým hriadeľom. Má 19 zubov a mosadzné podložky. Vonkajšie kotúče sa pohybujú proti smeru pohybu stredného kotúča a sú posunuté o 180 stupňov. Stredný kotúč je dvakrát taký masívny ako vonkajší kotúč. Cykloidný kotúč má deväť lalokov, ktoré sa pri jednej otáčke hnacieho hriadeľa pohybujú o jeden lalok. Počet čapov v kotúči by mal byť menší ako počet čapov v okolitých čapoch.
Vstupný hriadeľ poháňa excentrické ložisko, ktoré je schopné prenášať výkon na výstupný hriadeľ. Okrem toho vstupný hriadeľ pôsobí silami na cykloidný kotúč cez medziľahlé ložisko. Cykloidný kotúč sa potom posúva v krokoch 360 stupňov/otáčanie/valček. Čapy výstupného hriadeľa sa potom pohybujú v otvoroch, aby sa výstupný hriadeľ plynule otáčal. Vstupný hriadeľ vyvíja sínusový pohyb, aby udržiaval konštantnú rýchlosť základného hriadeľa. Táto sínusová vlna spôsobuje malé zmeny hriadeľa sledovaného pohybu. Sily pôsobiace na vnútorné puzdrá sú súčasťou rovnovážneho mechanizmu.
Okrem toho môžeme pozorovať, že cykloidný pohon je schopný prenášať väčší krútiaci moment ako planétové koleso. Je to vďaka väčšej axiálnej dĺžke cykloidného kolesa a menšiemu priemeru otvoru v korunovom kolese. Je tiež možné dosiahnuť pozitívny kontakt medzi pevným krúžkom a kotúčom, čo sa dosiahne ozubením medzi pevným krúžkom a kotúčom. Cykloidný kotúč je zvyčajne navrhnutý s krátkym cykloidom, aby sa minimalizovali sily nevyváženosti pri vysokých rýchlostiach.

Porovnanie s planétovými prevodovkami

V porovnaní s planétovými prevodovkami má cykloidná prevodovka niekoľko výhod. Medzi tieto výhody patrí: nízka vôľa, lepšia preťažiteľnosť, kompaktný dizajn a schopnosť používať v širokej škále aplikácií. Cykloidná prevodovka sa stala populárnou na trhu s viacosovou robotikou. Prevodovka sa čoraz viac používa aj v prvých kĺboch ​​a polohovačoch.
Cykloidná prevodovka je prevodovka, ktorá sa skladá zo štyroch základných komponentov: cykloidného kotúča, výstupnej príruby, ozubeného vence a pevného vence. Cykloidný kotúč je poháňaný excentrickým hriadeľom, ktorý sa otáča o 360 stupňov/otočne/valčekovo. Výstupná príruba je pevný čapový kotúč, ktorý prenáša výkon na výstupný hriadeľ. Ozubený veniec je pevný veniec a vstupný hriadeľ je spojený so servomotorom.
Cykloidná prevodovka je navrhnutá na riadenie zotrvačnosti vo vysoko dynamických situáciách. Tieto prevodovky sa všeobecne používajú v robotike a polohovačoch, kde sa používajú na polohovanie ťažkých bremien. Bežne sa používajú aj v širokej škále priemyselných aplikácií. Majú vyššiu hustotu krútiaceho momentu a nízku vôľu, vďaka čomu sú ideálne pre ťažké bremená.
Výstupná príruba je tiež navrhnutá tak, aby zvládla krútiaci moment až do 500 Nm. Jej rýchlosť otáčania je nižšia ako u planétovej prevodovky, ale jej výstupný krútiaci moment je oveľa vyšší. Je navrhnutá ako vysokovýkonná prevodovka a možno ju použiť v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoké prevodové pomery a vysokú hustotu krútiaceho momentu. Cykloidná prevodovka je tiež lacnejšia a má menšiu vôľu. Cykloidná prevodovka má však nevýhody, ktoré by sa mali zohľadniť pri navrhovaní prevodovky. Hlavným problémom sú vibrácie.
V porovnaní s planétovými prevodovkami majú cykloidné prevodovky menšie celkové rozmery a sú lacnejšie. Okrem toho má cykloidná prevodovka veľký redukčný pomer v jednom stupni. Vo všeobecnosti majú cykloidné prevodovky jeden alebo dva stupne, pričom tretí stupeň je menej bežný. Cykloidná prevodovka však nie je jediným typom prevodovky, ktorá má tento typ konfigurácie. Bežne sa vyskytuje aj planétová prevodovka s jedným stupňom.
Existuje niekoľko rôznych typov cykloidných prevodoviek a často sa označujú ako cykloidné reduktory rýchlosti. Tieto prevodovky sú určené pre akékoľvek odvetvie, ktoré používa servopohony. Sú kratšie ako planétové prevodovky a majú väčší priemer pri rovnakom krútiacom momente. Niektoré z nich sú dostupné aj s prevodovým pomerom nižším ako 30:1.
Cykloidná prevodovka môže byť dobrou voľbou pre aplikácie, kde sú vysoké otáčky a požiadavky na vysoký krútiaci moment. Tieto prevodovky sú tiež kompaktnejšie ako planétové prevodovky a sú vhodné pre aplikácie s vysokým krútiacim momentom. Okrem toho sú robustnejšie a zvládajú rázové zaťaženia. Majú tiež nízku vôľu a vyššiu úroveň presnosti a polohovania. Používajú sa tiež v širokej škále aplikácií vrátane priemyselnej robotiky.

editor by CX 2023-05-09