การตรวจสอบสภาพของเกียร์บ็อกซ์ไซโคลน

ไม่ว่าคุณจะกำลังพิจารณาใช้เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ในบ้าน สำนักงาน หรือโรงรถ คุณก็ต้องแน่ใจว่ามันทำจากวัสดุที่มีคุณภาพ และได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม เพื่อป้องกันความเสียหายจากแรงสั่นสะเทือน

เกียร์ทดรอบแบบดาวเคราะห์

เมื่อเปรียบเทียบกับเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ เกียร์ทดรอบแบบดาวเคราะห์มีน้ำหนักเบาและกะทัดรัดกว่า แต่ขาดความแม่นยำและความทนทานเท่าเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ จึงเหมาะสำหรับงานที่ต้องการแรงบิดหรือความเร็วสูง ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้ในงานหุ่นยนต์ แต่เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ก็ยังดีกว่าสำหรับบางงาน รวมถึงงานที่เกี่ยวข้องกับแรงกระแทก
มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเกียร์ในระหว่างการผลิต หนึ่งในนั้นคือจำนวนฟันเฟือง ในกรณีของเกียร์แบบเฟืองดาวเคราะห์ จำนวนฟันเฟืองจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนดาวเคราะห์ ในขณะที่เกียร์แบบเฟืองไซคลอยด์ จำนวนฟันเฟืองจะลดลง ซึ่งส่งผลให้มีอัตราทดเกียร์สูงขึ้น เกียร์เหล่านี้ยังมีแรงบิดเริ่มต้นที่ต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้สามารถควบคุมได้ง่ายกว่า
ชุดเกียร์ไซคลอยด์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ เฟืองวงแหวน เฟืองดวงอาทิตย์ และเพลาอินพุต เฟืองวงแหวนยึดติดอยู่กับที่ในชุดเกียร์ ในขณะที่เฟืองดวงอาทิตย์ทำหน้าที่ส่งการหมุนไปยังเฟืองดาวเคราะห์ เพลาอินพุตส่งการเคลื่อนที่ไปยังเฟืองดวงอาทิตย์ ซึ่งในทางกลับกันจะส่งต่อไปยังเพลาเอาต์พุต เพลาเอาต์พุตมีแรงบิดมากกว่าเพลาอินพุต
เฟืองไซคลอยด์มีความแข็งแกร่งต่อแรงบิดดีกว่า สึกหรอน้อยกว่า และมีแรงเค้นสัมผัสแบบเฮิร์ตซ์ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม เฟืองไซคลอยด์ก็มีขนาดใหญ่กว่าและต้องการกระบวนการผลิตที่แม่นยำสูง เฟืองไซคลอยด์อาจผลิตได้ยากกว่าเฟืองอินโวลูต ซึ่งต้องการความแม่นยำสูงมาก
เฟืองไซคลอยด์สามารถให้อัตราทดเกียร์ได้สูงถึง 300:1 และสามารถทำได้ในขนาดกะทัดรัด นอกจากนี้ยังมีการสึกหรอและแรงเสียดทานต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการอัตราทดเกียร์สูง
โดยทั่วไปแล้ว เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์จะมีระยะคลายตัวประมาณหนึ่งนาทีเชิงมุม ระยะคลายตัวนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่แม่นยำและควบคุมได้ดี นอกจากนี้ยังช่วยลดการสึกหรอและรองรับแรงกระแทกได้ดีอีกด้วย
เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์มีให้เลือกทั้งแบบขั้นตอนเดียวและสองขั้นตอน โดยความยาวจะเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มจำนวนขั้นตอน นอกจากสองขั้นตอนแล้ว ยังสามารถติดตั้งตลับลูกปืนเอาต์พุตเพิ่มเติมได้ ซึ่งจะใช้พื้นที่ในการติดตั้ง ในบางกรณี อาจมีขั้นตอนที่สามให้เลือกใช้ด้วย

เฟืองอินโวลูต

โดยทั่วไปแล้ว เฟืองอินโวลูตมีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนกว่าเฟืองไซคลอยด์ ตัวอย่างเช่น รูปทรงฟันเฟืองอินโวลูตมีส่วนโค้งเพียงส่วนเดียว ในขณะที่รูปทรงฟันเฟืองไซคลอยด์มีสองส่วนโค้ง นอกจากนี้ ส่วนโค้งของเฟืองอินโวลูตยังไม่ได้อยู่ภายในวงกลมฐานด้วย
เส้นโค้งอินโวลูตเป็นส่วนประกอบที่สำคัญมากของฟันเฟือง และสามารถส่งผลต่อคุณภาพของการสัมผัสระหว่างฟันเฟืองได้อย่างมาก มีการศึกษาค้นคว้าในหัวข้อนี้มากมาย โดยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่หลักการทำงาน นอกจากนี้ คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของระบบขับเคลื่อนไซคลอยด์แบบห่อหุ้มสองชั้นคือ เส้นสัมผัสสองเส้นระหว่างคู่ฟันเฟืองที่ประกบกัน
เฟืองไซคลอยด์มีกำลังมากกว่า เสียงรบกวนน้อยกว่า และอายุการใช้งานยาวนานกว่าเฟืองอินโวลูต นอกจากนี้ยังใช้ขั้นตอนการผลิตน้อยกว่าด้วย อย่างไรก็ตาม เฟืองไซคลอยด์มีราคาแพงกว่าเฟืองอินโวลูต เฟืองอินโวลูตมักใช้ในการเคลื่อนที่เชิงเส้น ในขณะที่เฟืองไซคลอยด์ใช้สำหรับการเคลื่อนที่แบบหมุน
แม้ว่าเฟืองไซคลอยด์จะมีเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ากว่า แต่เฟืองอินโวลูตมีคุณภาพที่เหนือกว่าและสวยงามกว่า เฟืองไซคลอยด์ถูกนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ปั๊มและคอมเพรสเซอร์ นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนาฬิกา อย่างไรก็ตาม เฟืองอินโวลูตยังไม่สามารถเข้ามาแทนที่เฟืองไซคลอยด์ในอุตสาหกรรมนาฬิกาได้
เฟืองไซคลอยด์มีหมุดจำนวนมากเรียงอยู่รอบขอบด้านนอก ในขณะที่เฟืองอินโวลูตมีเพียงส่วนโค้งเดียวสำหรับฟันเฟือง นอกจากนี้ เฟืองไซคลอยด์ยังมีโครงสร้างที่แข็งแรงและเชื่อถือได้มากกว่า ในทางกลับกัน เฟืองอินโวลูตมีตัวตัดเฟืองที่ราคาถูกกว่าและฟันเฟืองอินโวลูตที่มีราคาถูกกว่า
ความแม่นยำในการส่งกำลังของจานไซคลอยด์อยู่ที่ประมาณ 98.5% ในขณะที่ความแม่นยำในการส่งกำลังของเฟืองวงแหวนอยู่ที่ประมาณ 96% ความเร็วในการหมุนของจานไซคลอยด์มีขนาด 3 เรเดียน/วินาที การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของระยะห่างระหว่างศูนย์กลางจะไม่ส่งผลต่อความแม่นยำในการส่งกำลัง อย่างไรก็ตาม การผันผวนของความเร็วในการหมุนอาจส่งผลต่อความแม่นยำในการส่งกำลัง
เฟืองไซคลอยด์ก็มีอัตราการหมุนของจานเฟืองไซคลอยด์เช่นกัน จานเฟืองมีกลีบ N กลีบ อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการส่งกำลังของจานเฟืองไซคลอยด์ยังไม่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากมุมการหมุนระหว่างกลีบมีขนาดใหญ่ ทำให้การผลิตทำได้ยาก

การสั่นสะเทือน

บทความนี้นำเสนอแนวทางใหม่ในการตรวจสอบสภาพของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ โดยใช้เทคนิคการวินิจฉัยการสั่นสะเทือนที่ทันสมัยและวิธีการที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล แนวทางนี้มุ่งเน้นไปที่การตรวจหาสาเหตุหลักของความล้มเหลวของเกียร์ทดรอบ บทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้แนวทางที่เป็นหนึ่งเดียวแก่ผู้ออกแบบเกียร์
เกียร์ไซคลอยด์เป็นเกียร์ที่มีความแม่นยำสูง ใช้ในเครื่องจักรหนัก มีอัตราทดเกียร์สูง ทำให้จำเป็นต้องใช้ความเร็วรอบขาเข้าสูงมาก เกียร์ไซคลอยด์มีความแม่นยำสูง แต่ก็ไวต่อปัญหาการสั่นสะเทือน ในบทความนี้ ผู้เขียนจะอธิบายวิธีการทำงานของเกียร์ไซคลอยด์และวิธีการวัดการสั่นสะเทือน นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงวิธีการใช้เกียร์นี้ในการตรวจจับความผิดปกติ
เกียร์ทดรอบนี้ใช้ในเครื่องกำหนดตำแหน่ง หุ่นยนต์หลายแกน และเครื่องจักรหนัก คุณลักษณะหลักของเกียร์ทดรอบนี้คือ ความแม่นยำสูง ความสามารถในการรับน้ำหนักเกิน และอัตราทดรอบสูง
มีเอกสารน้อยมากเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนและการตรวจสอบสภาพของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ ผู้เขียนได้อธิบายถึงวิธีการแก้ปัญหาของพวกเขา โดยใช้เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์และแท่นทดสอบ วิธีการของพวกเขานั้นเกี่ยวข้องกับการวัดความถี่ของเกียร์ทดรอบด้วยความเร็วอินพุตที่แตกต่างกัน
ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงการแยกแยะที่ดีระหว่างสถานะปกติและสถานะเสียหาย ความถี่ของความผิดปกติปรากฏในลำดับความถี่ต่ำ การตรวจจับความผิดปกติสามารถทำได้โดยใช้การจัดกลุ่ม (binning) ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องวัดความเร็วรอบ นอกจากนี้ การจัดกลุ่มยังถูกนำมาใช้ร่วมกับการวิเคราะห์ส่วนประกอบหลัก (Principal Component Analysis) เพื่อกำหนดสถานะของเกียร์
วิธีการนี้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับเทคนิคแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ ผลลัพธ์ยังแสดงให้เห็นว่าการจัดกลุ่มข้อมูลสามารถนำมาใช้ในการคำนวณความถี่ของข้อบกพร่องของตลับลูกปืนได้อย่างไร และยังใช้ในการกำหนดความถี่ของชิ้นส่วนต่างๆ อีกด้วย
สัญญาณจากแท่นทดสอบถูกเก็บรวบรวมโดยใช้เซ็นเซอร์สี่ตัว เซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นมาตรวัดความเร่งที่มีความไวปานกลาง 100 mV/g จากนั้นสัญญาณจะถูกประมวลผลโดยใช้เทคนิคการประมวลผลสัญญาณต่างๆ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าสัญญาณการสั่นสะเทือนมีความสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ภายในของเกียร์บ็อกซ์ ข้อมูลนี้ถูกนำมาใช้เพื่อระบุความถี่ภายในของระบบส่งกำลัง
การวิเคราะห์ความถี่ของสัญญาณการสั่นสะเทือนดำเนินการในสภาวะไซโคลสเตชันนารีและสภาวะไม่ไซโคลสเตชันนารี จากนั้นจึงวิเคราะห์สัญญาณเพื่อกำหนดขนาดของความถี่การเข้าคู่ของเฟือง

ออกแบบ

ด้วยการใช้เกียร์ทดรอบที่มีความแม่นยำสูง ปัจจุบันเซอร์โวมอเตอร์สามารถควบคุมน้ำหนักบรรทุกหนักๆ ด้วยความเร็วสูงได้แล้ว ต่างจากอุปกรณ์กำหนดตำแหน่งด้วยลูกเบี้ยว เกียร์ไซคลอยด์ให้การกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำอย่างยิ่งและแรงบิดสูง นอกจากนี้ยังมีความแข็งแกร่งต่อแรงบิดและรับแรงกระแทกได้ดีเยี่ยมอีกด้วย
เฟืองไซคลอยด์ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลดการสั่นสะเทือนที่ความเร็วรอบสูง แตกต่างจากเฟืองอินโวลูตตรงที่ไม่ได้เรียงซ้อนกัน ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและแรงที่กระทำต่อแต่ละฟัน นอกจากนี้ เฟืองไซคลอยด์ยังมีแรงเค้นสัมผัสแบบเฮิร์ตซ์ต่ำกว่าด้วย
เฟืองไซคลอยด์มักใช้ในหุ่นยนต์หลายแกนสำหรับตัวกำหนดตำแหน่ง สามารถให้อัตราทดเกียร์สูงถึง 300:1 ในขนาดกะทัดรัด นอกจากนี้ยังใช้ในข้อต่อแรกของเครื่องจักรขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การผลิตเฟืองไซคลอยด์นั้นต้องการความแม่นยำสูงมาก และยังผลิตยากกว่าเฟืองอินโวลูตอีกด้วย
เกียร์ไซคลอยด์เป็นเกียร์ชนิดหนึ่งในกลุ่มเกียร์ดาวเคราะห์ เกียร์ไซคลอยด์ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับอัตราทดเกียร์สูง และยังสามารถให้อัตราทดลดลงมากในขั้นตอนเดียว มีการใช้งานเพิ่มมากขึ้นในข้อต่อแรกของเครื่องจักรขนาดใหญ่ และกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในด้านหุ่นยนต์
เพื่อให้ได้อัตราส่วนลดรอบสูง ความเร็วรอบของเฟืองต้องสูงมาก โดยทั่วไปความเร็วรอบจะอยู่ระหว่าง 500 ถึง 4500 รอบต่อนาที อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีความเร็วรอบอาจต่ำกว่านั้นได้
เส้นโค้งไซคลอยด์เกิดจากการกลิ้งวงกลมบนวงกลมฐาน อัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่กลิ้งกับเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมฐานจะเป็นตัวกำหนดรูปร่างของเส้นโค้งไซคลอยด์ เส้นโค้งไฮโปไซคลอยด์เกิดจากการกลิ้งส่วนใหญ่บนด้านในของวงกลมฐาน ในขณะที่เส้นโค้งเอพิไซคลอยด์เกิดจากการกลิ้งส่วนใหญ่บนด้านนอกของวงกลมฐาน
เฟืองไซคลอยด์มีระยะคลอนน้อยมาก ซึ่งช่วยลดแรงที่กระทำต่อฟันเฟืองแต่ละซี่ นอกจากนี้ เฟืองเหล่านี้ยังมีความแข็งแรงต่อแรงบิดสูง แรงเสียดทานต่ำ และรับแรงกระแทกได้ดี อีกทั้งยังให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ดีที่สุด
ชุดเกียร์ไซคลอยด์ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยราดอม การออกแบบนั้นอิงตามเฟืองไซคลอยด์สามแบบที่แตกต่างกัน คู่แรกมีรูปทรงภายนอกตามขนาดที่กำหนด ในขณะที่คู่ที่สองมีรูปทรงลบด้วยค่าความคลาดเคลื่อน แผ่นรับน้ำหนักมีรูเกลียวสำหรับยึดเรียงห่างจากจุดศูนย์กลาง 15 มิลลิเมตร

แก้ไขโดย CX 2023-05-12