Hur man beräknar utväxlingsförhållandet för en cykloidväxellåda

Att använda en cykloidväxellåda kan vara mycket användbart i en mängd olika situationer. Det är dock viktigt att förstå hur man använder den korrekt innan man implementerar den. Den här artikeln diskuterar fördelarna med att använda en cykloidväxellåda, hur man beräknar utväxlingsförhållandet och hur man bestämmer effekterna av dynamiska och tröghetskrafter på växellådan.

Dynamiska och tröghetseffekter

Olika studier har gjorts för att studera de dynamiska och tröghetsmässiga effekterna av cykloida växellådor. Dessa studier har utförts med hjälp av numeriska, analytiska och experimentella metoder. Beroende på lastens art och dess fördelning längs växeln har en mängd olika modeller utvecklats. Dessa modeller använder finita elementmetoden för att bestämma noggranna kontaktspänningar. Några av dessa modeller har utvecklats för att hantera den ickelinjära elasticiteten hos kontakter.
Tröghetsobalans i en cykloidväxellåda orsakar vibrationer och kan påverka enhetens effektivitet. Detta kan öka mekaniska förluster och öka slitage. Enhetens effektivitet beror också på det vridmoment som appliceras på cykloidskivan. Enhetens effektivitet ökar när belastningen ökar. På liknande sätt är den ickelinjära kontaktdynamiken också förknippad med en ökad effektivitet.
En ny modell av en cykloidal reducer har utvecklats för att förutsäga effekterna av flera driftsförhållanden. Modellen är baserad på stelkroppsdynamik och använder en icke-linjär styvhetskoefficient. Modellen har validerats genom numeriska och analytiska metoder. Modellen erbjuder en drastisk minskning av beräkningskostnaderna. Modellen möjliggör en snabb analys av flera driftsförhållanden.
Artikelns huvudsakliga bidrag är undersökningen av lastfördelningen på den cykloidala skivan. Studien av denna aspekt är viktig eftersom den möjliggör en analys av roterande delar och spänningar. Den ger också en indikation på vilka kugghjulsprofiler som är bäst lämpade för att optimera momentöverföringen. Studien har genomförts med en mängd olika cykloidala växellådor och är användbar för att bestämma prestandan hos olika typer av cykloidala växellådor.
För att studera lastfördelningen på den cykloidala skivan undersökte författarna förhållandet mellan kontaktkraft, cykloidala växellådor och olika kugghjulsprofiler. De fann att den icke-linjära kontaktdynamiken har stor inverkan på effektiviteten hos en cykloidal växellåda. Cykloidväxellådan är en idealisk lösning för applikationer som involverar mycket dynamiska servon. Den kan också användas i verktygsmaskinapplikationer och livsmedelsindustrin.
Studien fann att det finns tre vanliga designprinciper för cykloidala reducerväxlar. Dessa är kontaktkraftsfördelningen, hastighetsreduktionen och den trochoidala profilen för den cykloidala skivan. Den trochoidala profilen måste definieras noggrant för att säkerställa korrekt sammankoppling av de roterande delarna. Den trochoidala profilen ger en indikation på vilka kugghjulsprofiler som är bäst för att optimera momentöverföringen. Kontaktkraftsfördelningen kan förbättras genom att förfina nätet längs skivans bredd.
Allt eftersom ingångshastigheten ökar ökar reducerns effektivitet. Detta beror på att kontaktkrafterna ständigt förändras i storlek och orientering. En cykloidal reducer med en tands skillnad kan minska ingångshastigheten med upp till 87:1 i ett enda steg. Den har också förmågan att hantera högcykliska rörelser utan glapp.

Beräkning av utväxlingsförhållandet

Att få rätt beräkning av utväxlingsförhållandet för en cykloidväxellåda kräver en god förståelse för vad en växellåda är, såväl som den produkt den används till. Det korrekta utväxlingsförhållandet beräknas genom att dividera utgångsvarvtalet för utgångsdrevet med ingångsvarvtalet för ingångsdrevet. Detta åstadkoms vanligtvis med hjälp av ett stoppur. I vissa fall kan en katalog eller produktspecifikation krävas. Det korrekta utväxlingsförhållandet bestäms av en kombination av faktorer, såsom mängden vridmoment som appliceras på mekanismen, samt storleken på de inblandade kugghjulen.
Ett cykloidalt kugghjul är en typ av kuggprofil som kan representeras med hjälp av en spline. Det är också möjligt att modellera ett kugghjul med en cykloidal profil genom att använda en spline för att ansluta punkter mot början av ett koordinatsystem. Detta är viktigt för design och funktionalitet hos ett kugghjul.
Det finns många olika kugghjul som används i maskiner och apparater. Dessa inkluderar fiskbenshjul, spiralhjul och spiralformade koniska kugghjul. De bästa utväxlingsförhållandena uppnås vanligtvis med en cykloidväxel. Förutom att säkerställa positioneringsnoggrannhet ger en cykloidväxel utmärkt glapp. Cykloidväxlar har en hög grad av mekanisk verkningsgrad, låg friktion och minimalt tröghetsmoment.
En cykloidväxellåda kallas ofta för en planetväxellåda, även om den tekniskt sett är en enstegsväxellåda. Förutom att ha en ringväxel har växellådan ett excentriskt lager som driver den cykloidala skivan i en excentrisk rotation. Detta gör cykloidväxellådan till ett bra val för höga utväxlingsförhållanden i kompakta konstruktioner.
Cykloidskivan är nyckelelementet i en cykloidväxellåda. Cykloidskivan har n=9 lober, och varje lob på skivan rör sig med en lob för varje varv drivaxeln roterar. Cykloidskivan är sedan kopplad till ett stationärt ringhjul. Cykloidskivans lober fungerar som tänder på det stationära ringhjulet.
Det finns många olika kugghjul som klassificeras efter kuggprofilen. De vanligaste kugghjulen är evolventa och spiralformade kugghjul. De flesta rörelsestyrda kugghjul har cylindriska designer. Det finns dock många andra typer av kugghjul som används i olika tillämpningar. Cykloidväxeln är en av de mer komplicerade kugghjulen att designa. Cykloidskivans kontur kan representeras med markörer eller mjuka linjer, men ett punktdiagram fungerar också.
Cykloidskivans lober roterar kring en referenscirkel av tappar. Dessa tappar roterar 40 grader under drivaxelns excentriska rotation. Tapparna roterar runt skivan för att uppnå en jämn rotation av utgående axel.
Den cykloida skivans andra uppenbara, och möjligen viktigare, egenskap är det "magiska" antalet stift. Detta är antalet stift som sticker ut genom skivans yta. Skivan har hål som är större än stiften. Detta gör att stiften kan sticka ut genom skivan och fästas på den utgående axeln.

Ansökan

Oavsett om du bygger en robotdrivning eller helt enkelt letar efter en växellåda för att minska hastigheten på ditt fordon, är en cykloidväxellåda ett utmärkt sätt att uppnå ett högt utväxlingsförhållande. Cykloidväxellådor har en lågfriktions- och lättviktskonstruktion som har en extremt stabil transmission. De är lämpliga för industrirobotar och kan användas i många tillämpningar, inklusive positioneringsrobotar.
Cykloidala växellådor minskar hastigheten genom att använda excentrisk rörelse. Den excentriska rörelsen gör att hela det inre kugghjulet kan rotera i en vinglig cykloidal rörelse, som sedan översätts tillbaka till cirkulär rotation. Detta eliminerar behovet av stapling av kugghjulssteg. Cykloidala växellådor har också mindre friktion, högre hållfasthet och större hållbarhet än konventionella växellådor.
Cykloidväxellådan används också i ett antal tillämpningar, inklusive marina framdrivningssystem och robotdrifter. Cykloidväxellådor minskar vibrationer genom att använda förskjutna kugghjul för att eliminera vibrationer.
Cykloidala kugghjul har lägre friktion, högre hållfasthet och bättre vridstyvhet än evolventa kugghjul. De har också en reducerad Hertz-kontaktspänning, vilket gör dem bättre än evolventa kugghjul för användning med stötbelastningar. De har också en mindre storlek och vikt än konventionella växellådor, och de har ett högre utväxlingsförhållande än evolventa kugghjul.
Cykloidväxlar används vanligtvis för att minska motorers hastighet, men de erbjuder också ett antal andra fördelar. Cykloidväxlar har ett mindre fotavtryck än andra växellådor, vilket gör att de passar i trånga utrymmen. De har också lågt glapp, vilket möjliggör exakt rörelse. Cykloidväxlar har högre verkningsgrad, vilket resulterar i lägre effektbehov och lägre slitage.
Den cykloidala skivan är en av de viktigaste komponenterna i växellådan. Cykloidala skivor är normalt konstruerade med en kort cykloid, vilket minimerar skivans excentricitet. De är också konstruerade med en förkortad flank, vilket resulterar i bättre hållfasthet och mindre spänningskoncentration. Cykloidala skivor är vanligtvis inriktade på ett stationärt ringdrev. Cykloiden är konstruerad för att rulla runt de stationära ringstiften, som trycker mot de cirkulära hålen i skivan. Cykloidala växellådor använder vanligtvis två graders växling.
Cykloiddrivningar är idealiska för applikationer med tung belastning. De har också hög vridstyvhet, vilket gör dem mycket motståndskraftiga mot stötbelastningar. Cykloiddrivningar erbjuder också ett högt utväxlingsförhållande, vilket kan uppnås utan behov av en stor ingående axel. De är också kompakta och har en hög livslängd.
Utgående axel på en cykloidväxellåda har alltid två graders växling, vilket säkerställer att ingående och utgående axlar alltid roterar med olika hastighet. Utgående axel skulle vara ett stifthölje runt drivskivorna, vilket också skulle möjliggöra enkelt underhåll.
Cykloidala växellådor är också mycket kompakta och lätta, så de är idealiska för användning i industrirobotar. Cykloidala växellådor är den mest stabila, vibrationssvaga växeln i industrirobotar, och den har ett brett utväxlingsområde.

redaktör av CX 2023-06-08