Циклоноидни мењач

У основи, циклоидни мењач је мењач који користи циклоидно кретање за обављање свог ротационог кретања. То је веома једноставан и ефикасан дизајн који се може користити у разним применама. Циклоидни мењач се често користи у применама које захтевају кретање тешких терета. Има неколико предности у односу на планетарни мењач, укључујући способност да поднесе већа оптерећења и веће брзине.

Динамички и инерцијални ефекти циклоидног мењача

Спроведено је неколико студија о динамичким и инерцијалним ефектима циклоидног мењача. Неке од њих се фокусирају на принципе рада, док се друге фокусирају на математички модел мењача. Овај рад испитује математички модел циклоидног мењача и упоређује његове перформансе са мерењима из стварног света. Важно је имати одговарајући математички модел за пројектовање и управљање циклоидним мењачем. Циклоидни мењач је двостепени мењач са циклоидним диском и зупчаним прстеном који се окреће око сопствене осе.
Математички модел се састоји од више од 1,6 милиона елемената. Сваки пар зупчаника је представљен редукованим моделом са 500 сопствених модова. Сопствена фреквенција за цилиндрични зупчаник је 70 kHz. Модално редуковани модел је добар за циклоидни мењач.
Математички модел је валидиран коришћењем ABAQUS софтвера. Циклоидни диск је дискретизован да би се добио веома фин модел. Потребно је 400 елемената по зубу. Такође је верификован коришћењем статичке методе коначних елемената (FEA). Овај модел је затим коришћен за моделирање лепљења зупчаника у свим квадрантима. Ово је нови приступ моделирању лепљења у циклоидном мењачу. Показало се да даје резултате упоредиве са резултатима EMBS модела. Резултати се такође подударају са еластичним вишебојним симулационим моделом. Ово је добро поклапање за контактне силе и величину циклоидног зупчаног диска. Такође је утврђено да је тачност преноса између циклоидног зупчаног диска и зупчаног прстена око 98,5%. Међутим, ова вредност је нижа од тачности преноса пара зупчаних прстена. Грешка преноса коригованог модела је око 0,3%. Тачност преноса је мања због мање еластичне деформације на боковима зубаца.
Важно је напоменути да најтачније контактне силе за сваки зубац циклоидног мењача нису глатке. Контактна сила на једном зубцу почиње линеарним порастом, а затим се завршава оштрим падом. Није тако глатка као контактна сила на тачкастом контакту, због чега је упоређена са контактном силом на елиптичном контакту. Међутим, контакт на елиптичном контакту је и даље релативно мали, а EMBS модел није у стању да то обухвати.
МКЕ модел за циклоидни диск садржи око 1,6 милиона елемената. Најважнији део МКЕ модела је дискретизација циклоидног диска. Веома је важно пажљиво извршити дискретизацију циклоидног зупчаног диска због високог степена вибрација које он доживљава. Циклоидни диск мора бити фино дискретизован како би резултати били упоредиви са резултатима статичке МКЕ анализе. Мора бити што прецизнији модел како би се могле прецизно симулирати контактне силе између циклоидног диска и зупчаног венца.

Кинематика циклоидног погона

Користећи произвољни координатни систем, можемо посматрати кретање компоненти у циклоидном мењачу. Примећујемо да се циклоидни диск окреће око фиксних клинова у кругу, док се пратеће вратило окреће око ексцентричног брегастог осовине. Поред тога, видимо да је улазно вратило ексцентрично монтирано у односу на ваљкасти лежај.
Такође примећујемо да се циклоидни диск ротира независно око ексцентричног лежаја, док се пратеће вратило ротира око осе симетрије. Можемо закључити да циклоидни диск игра кључну улогу у кинематици циклоидног мењача.
Да бисмо израчунали ефикасност циклоидног редуктора, користимо модел који је заснован на нелинеарној крутости контаката. У овом моделу, нелинеарност контакта је одређена нелинеарношћу силе и деформацијом у контакту. Показали смо да се ефикасност циклоидног редуктора повећава са повећањем оптерећења. Поред тога, ефикасност зависи од брзине клизања и деформација нормалног оптерећења. Ови фактори се сматрају кључним варијаблама за одређивање ефикасности циклоидног погона.
Такође разматрамо ефикасност циклоидног редуктора са улазним обртним моментом и улазном брзином. Можемо израчунати ефикасност дељењем нето обртног момента у зупчанику са излазним обртним моментом. Ефикасност се може подесити тако да одговара различитим условима рада. Ефикасност циклоидног погона се повећава са повећањем оптерећења.
Циклоидни мењач је вишестепени мењач са малим зупчаником вратила и великим зупчаником. Има 19 зубаца и месингане подлошке. Спољни дискови се крећу у супротном смеру од средњег диска и померени су за 180 степени. Средњи диск је двоструко масивнији од спољашњег диска. Циклоидни диск има девет режњева који се померају за један режањ по обртају погонског вратила. Број клинова у диску треба да буде мањи од броја клинова у околним клиновима.
Улазно вратило покреће ексцентрични лежај који је у стању да преноси снагу на излазно вратило. Поред тога, улазно вратило примењује силе на циклоидни диск кроз средњи лежај. Циклоидни диск се затим помера у корацима од 360 степени/окретање/ваљак. Клинови излазног вратила се затим крећу у рупама како би се излазно вратило континуирано окретало. Улазно вратило примењује синусоидно кретање како би одржало константну брзину основног вратила. Овај синусни талас узрокује мала подешавања пратећег вратила. Силе које се примењују на унутрашње чауре су део механизма равнотеже.
Поред тога, можемо приметити да је циклоидни погон способан да преноси већи обртни момент од планетарног зупчаника. То је због веће аксијалне дужине циклоидног зупчаника и мањег пречника отвора зупчаног прстена. Такође је могуће постићи позитивно налегање између фиксног прстена и диска, што се постиже назубљењем између фиксног прстена и диска. Циклоидни диск је обично пројектован са кратком циклоидом како би се минимизирале силе неуравнотежености при великим брзинама.

Поређење са планетарним мењачима

У поређењу са планетарним мењачима, циклоидни мењач има неке предности. Те предности укључују: мали зазор, бољу носивост преоптерећења, компактан дизајн и могућност рада у широком спектру примена. Циклоидни мењач је постао популаран на тржишту вишеосне роботике. Мењач се такође све више користи у првим зглобовима и позиционерима.
Циклоидни мењач је мењач који се састоји од четири основне компоненте: циклоидног диска, излазне прирубнице, зупчаног прстена и фиксног прстена. Циклоидни диск покреће ексцентрично вратило, које се окреће за 360 степени/окретање/ваљак. Излазна прирубница је фиксни диск са клином који преноси снагу на излазно вратило. Зупчани прстен је фиксни прстен, а улазно вратило је повезано са сервомотором.
Циклоидни мењач је дизајниран за контролу инерције у веома динамичним ситуацијама. Ови мењачи се генерално користе у роботици и позиционерима, где се користе за позиционирање тешких терета. Такође се често користе у широком спектру индустријских примена. Имају већу густину обртног момента и мали зазор, што их чини идеалним за тешка оптерећења.
Излазна прирубница је такође дизајнирана да поднесе обртни момент до 500 Nm. Њена брзина ротације је нижа него код планетарног мењача, али је њен излазни обртни момент много већи. Дизајниран је као мењач високих перформанси и може се користити у апликацијама које захтевају високе преносне односе и висок ниво густине обртног момента. Циклоидни мењач је такође јефтинији и има мањи зазор. Међутим, циклоидни мењач има недостатке које треба узети у обзир приликом пројектовања мењача. Главни проблем су вибрације.
У поређењу са планетарним мењачима, циклоидни мењачи имају мању укупну величину и јефтинији су. Поред тога, циклоидни мењач има велики преносни однос у једном степену. Генерално, циклоидни мењачи имају један или два степена, при чему је трећи степен ређи. Међутим, циклоидни мењач није једини тип мењача који има ову врсту конфигурације. Такође је уобичајено пронаћи планетарни мењач са једним степеном.
Постоји неколико различитих врста циклоидних мењача, а често се називају циклоидним редукторима брзине. Ови мењачи су дизајнирани за било коју индустрију која користи серво моторе. Краћи су од планетарних мењача и већег су пречника за исти обртни момент. Неки од њих су доступни и са преносним односом мањим од 30:1.
Циклоидни мењач може бити добар избор за примене где су потребне велике брзине ротације и велики обртни момент. Ови мењачи су такође компактнији од планетарних мењача и погодни су за примене са великим обртним моментом. Поред тога, робуснији су и могу да поднесу ударна оптерећења. Такође имају мали зазор и већи ниво тачности и прецизности позиционирања. Такође се користе у широком спектру примена, укључујући индустријску роботику.

уредник CX 2023-04-20