Fördelarna med att använda en cyklonväxellåda

Att använda en cykloidväxellåda för att driva en ingående axel är ett mycket effektivt sätt att minska en maskins hastighet. Den gör detta genom att minska hastigheten på ingående axel med ett förutbestämt utväxlingsförhållande. Den kan uppnå mycket höga utväxlingsförhållanden i relativt små storlekar.

Utväxlingsförhållande

Oavsett om du bygger ett marint framdrivningssystem eller en pump för olje- och gasindustrin finns det vissa fördelar med att använda cykloidala växellådor. Jämfört med andra växellådstyper är de kortare och har bättre momenttäthet. Dessa växellådor erbjuder också den bästa vikt- och positioneringsnoggrannheten.
Den grundläggande konstruktionen av en cykloidväxellåda liknar den hos en planetväxellåda. Den största skillnaden ligger i kuggarnas profil.
Cykloidväxlar har mindre kuggflankslitage och lägre Hertz-kontaktspänning. De har också lägre friktion och vridstyvhet. Dessa fördelar gör dem idealiska för applikationer som involverar tunga belastningar eller höghastighetsdrifter. De är också bra för höga utväxlingsförhållanden.
I en cykloidväxellåda driver ingångsaxeln ett excentriskt lager, medan utgående axel driver cykloidskivan. Cykloidskivan roterar runt en fast ring, och ringhjulets stiften griper in i hålen i skivan. Stiften driver sedan utgående axel när skivan roterar.
Cykloidväxlar är idealiska för applikationer som kräver höga utväxlingsförhållanden och låg friktion. De är också bra för applikationer som kräver hög vridstyvhet och stötdämpning. De är också lämpliga för applikationer som kräver en kompakt design och lågt glapp.
Utväxlingsförhållandet för en cykloidväxellåda bestäms av antalet lober på den cykloidala skivan. Cykloidskivans n=n-konstruktion rör sig en lob per varv av ingående axel.
Cykloidväxlar kan tillverkas för att minska utväxlingsförhållandet från 30:1 till 300:1. Dessa kugghjul är lämpliga för avancerade applikationer, särskilt inom automationsindustrin. De erbjuder också bästa positioneringsnoggrannhet och glapp. De kräver dock speciella tillverkningsprocesser och egenskaper som inte är standardiserade.

Tryckkraft

Jämfört med konventionella växellådor har den cykloidala växellådan en unik uppsättning kinematik. Den har ett excentriskt lager i en roterande ram, som driver den cykloidala skivan. Den kännetecknas av lågt glapp och vridstyvhet, vilket möjliggör kugghjulsrörelse.
I denna studie undersöktes effekterna av designparametrar för att utveckla den optimala designen av en cykloidformad reducerväxel. Tre huvudsakliga rullnoder studerades: en cykloidformad skiva, en yttre lagerbana och ingående axel. Dessa användes för att analysera de rörelserelaterade dynamiska krafterna, vilka kan användas för att beräkna spänningar och töjningar. Kugghjulsingreppsfrekvensen beräknades med hjälp av en formel som inkluderade en korrektionsfaktor för den roterande ramen i den yttre lagerbanan.
En tredimensionell finita elementanalys (FEA)-studie genomfördes för att utvärdera den cykloidala skivan. Effekterna av hålens storlek på skivans inducerade spänningar undersöktes. Studien tittade också på momentrippeln hos en cykloidal drivning.
Författarna till denna studie undersökte även fördelningen av glapp i utgångsmekanismen, vilket tog hänsyn till bearbetningsavvikelser samt struktur och geometri hos utgångsmekanismen. Studien tittade också på den relativa effektiviteten hos en cykloidal reducerare, som baserades på en cykloidal reducerare med en skiva och en tands skillnad.
Författarna till denna studie kunde härleda kontaktspänningen för den cykloidala skivan, vilken beräknas med hjälp av den materialbaserade kontaktstyvheten. Detta kan användas för att bestämma noggranna kontaktspänningar i en cykloidal växellåda.
Det är viktigt att känna till de förhållanden som behövs för att beräkna bärförmågan. Detta kan beräknas med formeln f = k (S x R) där S är elementets volym, R är massan, k är kontaktstyvheten och f är kraftvektorn.

Rotationsriktning

Till skillnad från konventionella ringhjul som har en enda rotationsaxel har en cykloidväxellåda tre rotationsaxlar som är parallella och placerade i ett enda plan. En cykloidväxellåda har utmärkt vridstyvhet och stötdämpande kapacitet. Den säkerställer också konstant vinkelhastighet och används i höghastighetsväxellådeapplikationer.
En cykloidväxellåda består av en ingående axel, ett drivelement och en cykloidformad skiva. Skivan roterar i en riktning, medan ingående axel roterar i motsatt riktning. Ingående axel är excentriskt monterad på drivelementet. Den cykloidala skivan går i ingrepp med ringväxelhuset, och den cykloidala skivans rotationsrörelse överförs till utgående axel.
För att beräkna rotationsriktningen för en cykloidväxellåda måste cykloiden ha rätt vinkelorientering och cykloidens mittlinje ska vara i linje med utgångshålets centrum. Cykloidens kortaste längd ska vara lika med radien för tappcirkeln. Cykloidens största radie ska vara lika med lagrets ytterdiameter.
En enstegsväxel har inte mycket utrymme att arbeta med, så du behöver en flerstegsväxel för att maximera utrymmet. Det är också anledningen till att cykloidväxlar vanligtvis är konstruerade med en förkortad cykloid.
För att beräkna den mest effektiva kuggprofilen för ett cykloidalt kugghjul har en ny metod utvecklats. Denna metod använder en matematisk modell som använder cykloidens rotationsriktning och några andra geometriska parametrar. Med hjälp av en styckvis funktion relaterad till fördelningen av tryckvinkeln bestäms cykloidens mest effektiva profil. Den läggs sedan ovanpå den teoretiska profilen. Den nya metoden är mycket mer flexibel än den konventionella metoden och kan anpassas till förändrade trender i cykloidprofilen.

Design

Flera utföranden av cykloidala växellådor har utvecklats. Dessa växellådor har ett stort utväxlingsförhållande i ett steg. De används främst för tunga maskiner. De ger god vridstyvhet och stötdämpande kapacitet. De uppvisar dock även vibrationer vid höga varvtal. Flera studier har genomförts för att hitta en lösning på detta problem.
En cykloidväxellåda konstrueras genom att beräkna utväxlingsförhållandet för en mekanism. Detta förhållande erhålls genom storleken på ingångsvarvtalet. Detta multipliceras sedan med utväxlingsförhållandet för kugghjulsprofilen.
Den viktigaste faktorn vid konstruktionen av en cykloidväxellåda är lastfördelningen längs växelns bredd. Med detta som ett konstruktionskriterium kan vibrationsamplituden minskas. Detta säkerställer att växellådan fungerar korrekt. För att generera lämpliga sammankopplingsförhållanden måste trochoidprofilen på cykloidskivans periferi definieras noggrant.
En av de vanligaste formerna av cykloidkugghjul är cirkelbågskuggning. Detta är den vanligaste typen av kuggning som används idag.
En annan form av kugghjul är hypocykloidkugghjulet. Denna form kräver att rullcirkelns diameter är lika med halva bascirkelns diameter. Ett annat specialfall är spetsformen. Denna form kallas även klockkuggning.
För att denna kugghjulsprofil ska fungera måste den initiala kontaktpunkten förbli fixerad vid kanten av den rullande skivan. Detta kommer att generera hypocykloidkurvan. Kurvan spåras från denna initiala punkt.
För att undersöka denna kugghjulsprofil använde författarna en 3D-finita elementanalys. De använde den matematiska modellen för kugghjulstillverkning som inkluderade kinematiska parametrar, beräkningar av utgångsmoment och bearbetningssteg. Den resulterande konstruktionen eliminerade glapp.

Storleksval och urval

Att välja en växellåda kan vara en komplex uppgift. Det finns många faktorer att ta hänsyn till. Du måste bestämma typ av applikation, önskad hastighet, belastning och växellådans utväxling. Genom att få denna information kan du hitta en lösning som fungerar bäst för dig.
Det första du behöver göra är att hitta rätt storlek. Det finns flera storleksprogram tillgängliga som hjälper dig att bestämma den bästa växellådan för din applikation. Du kan börja med att rita ett cykloidalt kugghjul för att hjälpa dig skapa delen.
Vid dimensionering är det viktigt att ta hänsyn till miljön. Stötbelastningar, miljöförhållanden och omgivningstemperaturer kan öka slitaget på kuggarna. Temperaturen har också en betydande inverkan på smörjviskositeter och tätningsmaterial.
Du måste också ta hänsyn till in- och utgående varvtal. Detta beror på att ingångsvarvtalet kommer att ändra dina beräkningar av växellådans utväxling. Om du överskrider ingångsvarvtalet kan du skada tätningarna och orsaka för tidigt slitage på axellagren.
En annan viktig aspekt av dimensionering är driftsfaktorn. Denna faktor avgör hur mycket vridmoment växellådan kan hantera. Driftfaktorn kan vara så låg som 1,4, vilket är tillräckligt för de flesta industriella tillämpningar. Höga stöt- och slagbelastningar kräver dock högre driftsfaktorer. Underlåtenhet att ta hänsyn till dessa faktorer kan leda till trasiga axlar och skadade lager.
Utgångstypen är också viktig. Du måste avgöra om du vill ha ett nyckelfritt eller nyckelförsett ihåligt hål, samt om du behöver en utgångsfläns. Om du väljer ett nyckelfritt ihåligt hål måste du välja ett tätningsmaterial som tål de högre temperaturerna.

editor by CX