วิธีใช้งานเกียร์บ็อกซ์ไซโคลน

โดยทั่วไปแล้ว เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ถูกนำมาใช้เพื่อส่งแรงบิดจากมอเตอร์หรือปั๊ม เกียร์ทดรอบประเภทนี้มักเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้ เนื่องจากมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเกียร์ทดรอบทั่วไป ข้อดีหลักคือผลิตได้ง่าย ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไปใช้ในงานต่างๆ ได้หลากหลาย อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการใช้เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ คุณจำเป็นต้องรู้สิ่งต่างๆ เหล่านี้ ได้แก่ หลักการทำงาน โครงสร้าง และผลกระทบทางพลศาสตร์และแรงเฉื่อยที่เกี่ยวข้อง

ผลกระทบทางพลศาสตร์และแรงเฉื่อย

มีการศึกษาวิจัยหลายชิ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติทางสถิตและพลวัตของเฟืองไซคลอยด์ การศึกษาผลกระทบเหล่านี้มีประโยชน์ในการช่วยออกแบบตัวลดความเร็วไซคลอยด์ให้เหมาะสมที่สุด
ในบทความนี้ ได้ทำการศึกษาผลกระทบทางพลศาสตร์และแรงเฉื่อยของตัวลดความเร็วแบบไซคลอยด์สองขั้นตอนโดยใช้ชุดโปรแกรม CZPT นอกจากนี้ ยังได้พัฒนารูปแบบใหม่สำหรับตัวลดความเร็วแบบไซคลอยด์โดยอาศัยพลศาสตร์การสัมผัสแบบไม่เชิงเส้น รูปแบบใหม่นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อทำนายสภาวะการทำงานต่างๆ
แรงกระตุ้นสัมผัสปกติสำหรับจานไซคลอยด์ของขั้นที่หนึ่งและขั้นที่สองนั้นคล้ายคลึงกันมาก อย่างไรก็ตาม การเสียรูปโดยรวมที่จุดสัมผัสนั้นแตกต่างกัน ผลกระทบนี้ส่วนใหญ่เกิดจากการสั่นของระบบเอง จานไซคลอยด์ของขั้นที่สองหมุนรอบลูกกลิ้งเฟืองวงแหวนด้วยมุม 180 องศา มุมนี้มีส่วนสำคัญต่อภาระแรงบิด แรงกระตุ้นรวมบนจานไซคลอยด์ของขั้นที่หนึ่งและขั้นที่สองคือ 1848 นิวตัน และ 2068.7 นิวตัน ตามลำดับ
เพื่อวิเคราะห์ความเค้นสัมผัส จึงได้ทำการศึกษาโปรไฟล์เฟืองที่แตกต่างกัน โดยพิจารณาความหนาแน่นของการเข้าคู่กันเป็นเกณฑ์การออกแบบที่สำคัญ พบว่ารูที่ใหญ่ขึ้นจะลดปริมาณวัสดุของแผ่นดิสก์ไซคลอยด์และส่งผลให้เกิดความเค้นมากขึ้น
นอกจากนี้ ยังสามารถลดแรงสัมผัสได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ทางเรขาคณิต ซึ่งสามารถทำได้โดยการปรับความละเอียดของตาข่ายตามความกว้างของแผ่นดิสก์ แผ่นดิสก์รูปทรงไซคลอยด์มีอิทธิพลมากที่สุดต่อผลลัพธ์ที่ได้
ประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์จะเพิ่มขึ้นตามภาระที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของตัวลดเกียร์แบบไซคลอยด์ยังขึ้นอยู่กับความเยื้องศูนย์ของเพลาอินพุตและแผ่นไซคลอยด์ด้วย เส้นกราฟประสิทธิภาพสำหรับภาระน้อยจะเป็นเส้นตรง อย่างไรก็ตาม สำหรับภาระที่มากขึ้น เส้นกราฟประสิทธิภาพจะเริ่มไม่เป็นเส้นตรงมากขึ้น เนื่องจากความแข็งแกร่งของตัวลดเกียร์แบบไซคลอยด์จะเพิ่มขึ้นเมื่อภาระเพิ่มขึ้น

โครงสร้าง

แม้ว่ามันจะดูเหมือนปริศนาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน แต่โครงสร้างของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์นั้นค่อนข้างง่าย องค์ประกอบหลักคือฐาน แผ่นรับน้ำหนัก และตลับลูกปืนกันรุน องค์ประกอบทั้งหมดนี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างเกียร์ทดรอบที่มั่นคงและกะทัดรัด
ฐานมีลักษณะเป็นหน้าตัดวงกลม โดยมีหมุดทรงกระบอกหลายตัวเรียงอยู่รอบขอบด้านนอก หมุดเหล่านี้ยึดติดกับวงแหวนคงที่ซึ่งวางเรียงเป็นวงกลม วงแหวนนี้ทำหน้าที่เป็นวงกลมอ้างอิง โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 มิลลิเมตร
แผ่นรับน้ำหนักประกอบด้วยรูเกลียวสำหรับยึดหลายรู โดยเว้นระยะห่างจากจุดศูนย์กลาง 15 มิลลิเมตร รูเหล่านี้ใช้สำหรับยึดโครงสร้างภายนอก แผ่นรับน้ำหนักจะต้องหมุนรอบแกน X และ Y
ตลับลูกปืนกันแรงดันถูกติดตั้งอยู่ด้านบนของแผ่นรับน้ำหนัก ตลับลูกปืนมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 35 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 52 มม. ใช้สำหรับช่วยให้หมุนรอบแกน Z ได้
จานไซคลอยด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ จานนี้มีรูสำหรับหมุดที่ขับเคลื่อนเพลาส่งกำลัง รูเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่ารูที่ใช้ในหมุดลูกกลิ้งส่งกำลัง นอกจากนี้ จานยังมีค่าความเยื้องศูนย์ที่ลดลงด้วย
หมุดยึดติดกับแผ่นดิสก์แบบไซคลอยด์ด้วยลูกกลิ้ง หมุดทำจากวัสดุที่ให้การรองรับทางกลแก่ระบบขับเคลื่อนในสถานการณ์ที่มีแรงบิดสูง หมุดมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 9 มม. แผ่นดิสก์มีหลายแฉกและหมุนไปหนึ่งแฉกต่อการหมุนหนึ่งรอบของเพลา
เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ยังมีฝาครอบด้านบนที่ช่วยยึดชิ้นส่วนต่างๆ ไว้ด้วยกัน ฝาครอบมีช่องสำหรับเก็บเครื่องมือ และยังมีเกลียวสำหรับขันเข้ากับตัวเรือนอีกด้วย

หลักการทำงาน

ในบรรดาเกียร์ทดกำลังหลายประเภท เกียร์ทดกำลังแบบไซคลอยด์ถูกนำมาใช้ในเครื่องจักรหนักและหุ่นยนต์หลายแกน เกียร์ทดกำลังชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูง ขนาดกะทัดรัด และสามารถรองรับอัตราทดสูงได้ นอกจากนี้ยังสามารถรับภาระเกินพิกัดได้อีกด้วย
จานไซคลอยด์ถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาเยื้องศูนย์ที่หมุนรอบหมุดวงแหวนคงที่ หมุดลูกกลิ้งของจานพินจะเข้ากับรูในจานไซคลอยด์ หมุดลูกกลิ้งเหล่านี้จะขับเคลื่อนจานพิน และจานพินจะส่งการเคลื่อนที่ไปยังเพลาส่งออก
แตกต่างจากระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองแบบดั้งเดิม ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์มีระยะคลอนต่ำและมีความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานหนักและเทคโนโลยีการขับเคลื่อนทุกประเภท มวลที่เบากว่าและการออกแบบที่กะทัดรัดของแผ่นดิสก์ไซคลอยด์ยังช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงและความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งอีกด้วย
จานไซคลอยด์มีบทบาทสำคัญในกลไกการทำงานของเกียร์ มันหมุนรอบวงแหวนคงที่เป็นวงกลม เมื่อจานถูกดันเข้ากับเฟืองวงแหวน หมุดจะเกี่ยวเข้ากับจาน และหมุดลูกกลิ้งจะหมุนรอบหมุด การเคลื่อนที่แบบหมุนนี้ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน ซึ่งส่งผ่านไปยังเพลาขับ
โดยทั่วไปแล้ว จานไซคลอยด์จะถูกออกแบบให้มีไซคลอยด์สั้น เพื่อลดความเยื้องศูนย์ให้น้อยที่สุด ซึ่งจะช่วยลดแรงที่ไม่สมดุลที่ความเร็วสูง ในอุดมคติแล้ว จำนวนกลีบของไซคลอยด์ควรมีน้อยกว่าจำนวนหมุดที่อยู่รอบๆ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณความเค้นสัมผัสแบบเฮิรตซ์
ต่างจากเฟืองดาวเคราะห์ เฟืองไซคลอยด์มีความแม่นยำสูงและทนต่อแรงกระแทกได้ดี นอกจากนี้ยังมีแรงเสียดทานต่ำและการสึกหรอของฟันเฟืองน้อยกว่า อีกทั้งยังมีประสิทธิภาพและรับน้ำหนักได้สูงกว่า
โดยทั่วไปแล้ว เฟืองไซคลอยด์ผลิตยากกว่าเฟืองอินโวลูต เฟืองไซคลอยด์ไม่เหมาะสำหรับการเรียงซ้อนเฟืองหลายชั้น เนื่องจากต้องใช้ความแม่นยำสูงในการผลิต อย่างไรก็ตาม ขนาดที่เล็กกว่า ระยะคลอนต่ำ ความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูง และการสั่นสะเทือนต่ำ ทำให้เฟืองไซคลอยด์เหมาะสำหรับใช้ในเครื่องจักรขนาดใหญ่

รูปทรงฟันเฟืองแบบอินโวลูต

เฟืองเกือบทั้งหมดผลิตด้วยรูปทรงฟันเฟืองแบบอินโวลูต เฟืองไซคลอยด์ก็ผลิตด้วยรูปทรงนี้เช่นกัน เมื่อเทียบกับเฟืองอินโวลูต เฟืองไซคลอยด์มีความแข็งแรงกว่าและสามารถส่งกำลังได้มากกว่า อย่างไรก็ตาม การผลิตเฟืองไซคลอยด์อาจยากกว่า ทำให้มีราคาสูงกว่า
รูปทรงฟันเฟืองแบบอินโวลูตเป็นเส้นโค้งเรียบ ซึ่งได้มาจากเส้นโค้งอินโวลูตของวงกลม เส้นสัมผัสกับวงกลมฐานจะเป็นเส้นตั้งฉาก ณ จุดใดๆ บนเส้นโค้งอินโวลูต
เส้นโค้งนี้มีคุณสมบัติที่ช่วยให้ฟันเฟืองแบบอินโวลูตสามารถถ่ายทอดการเคลื่อนที่ในทิศทางตั้งฉากได้ นอกจากนี้ยังเป็นเส้นทางที่ปลายเชือกคลายตัวออกจากทรงกระบอกอีกด้วย
ฟันเฟืองรูปทรงอินโวลูตมีข้อดีคือผลิตได้ง่าย นอกจากนี้ยังช่วยให้การเข้าฟันราบรื่นแม้ว่าระยะห่างระหว่างศูนย์กลางจะไม่ตรงกันก็ตาม รูปทรงนี้ยังเป็นที่นิยมมากกว่าฟันเฟืองรูปทรงไซคลอยด์ แต่ก็ไม่ได้ดีที่สุดในทุกด้าน
ฟันเฟืองไซคลอยด์ก็ประกอบด้วยส่วนโค้งสองส่วนเช่นกัน ต่างจากฟันเฟืองอินโวลูต ฟันเฟืองไซคลอยด์มีรัศมีที่สม่ำเสมอ เฟืองไซคลอยด์มีโอกาสเกิดเสียงดังน้อยกว่า แต่ก็มีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่าเช่นกัน
ฟันเฟืองแบบอินโวลูตผลิตได้ง่ายกว่าเพราะมีเพียงส่วนโค้งเดียว เฟืองไซคลอยด์ก็สามารถผลิตได้ด้วยเครื่องตัดแบบแร็คเช่นกัน ซึ่งทำให้ต้นทุนการผลิตถูกลง อย่างไรก็ตาม ต้องอาศัยการออกแบบจากผู้เชี่ยวชาญ นอกจากนี้ยังสามารถผลิตได้ด้วยเครื่องขึ้นรูปเฟืองที่มีเครื่องตัดเฟืองตัวเล็กอยู่ด้วย
รูปทรงฟันเฟืองที่สอดคล้องกับกฎการทำงานของฟันเฟืองบางครั้งเรียกว่ารูปทรงคู่ควบ รูปทรงอินโวลูตเป็นรูปทรงที่พบได้บ่อยที่สุด รูปทรงนี้ช่วยให้ส่งแรงบิดได้อย่างคงที่

กระแสต่อต้าน

โดยทั่วไป ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์จะให้กำลังส่งสูงโดยไม่มีการคลายตัว เนื่องจากจานไซคลอยด์ถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาเยื้องศูนย์ ในระหว่างการหมุน จานไซคลอยด์จะหมุนรอบวงแหวนคงที่ ซึ่งวงแหวนนี้ก็หมุนอย่างอิสระจากจุดศูนย์กลางมวลเช่นกัน
โดยทั่วไปแล้ว จานไซคลอยด์จะถูกทำให้สั้นลงเพื่อลดความเยื้องศูนย์ ซึ่งช่วยลดแรงที่ไม่สมดุลที่อาจเกิดขึ้นที่ความเร็วสูง นอกจากนี้ ไซคลอยด์ยังให้อัตราทดเกียร์ที่มากกว่าเกียร์แบบดั้งเดิม ซึ่งให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ดีกว่า
ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ยังมีค่าความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูง ซึ่งให้ความยืดหยุ่นต่อแรงบิดและความสามารถในการรับแรงกระแทกได้ดีกว่า สิ่งนี้มีความสำคัญด้วยเหตุผลหลายประการ เช่น ในการใช้งานหนัก
ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ยังมีมวลน้อยกว่า ข้อดีเหล่านี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเทคโนโลยีการขับเคลื่อนทุกประเภท การออกแบบยังช่วยให้มีความแข็งแกร่งต่อแรงบิดและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น นอกจากนี้ ระบบขับเคลื่อนเหล่านี้ยังมีขนาดเล็กกว่ามาก
ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ยังใช้เพื่อลดความเร็วอีกด้วย เนื่องจากความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูงของไซคลอยด์ จึงมีความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งสูงเช่นกัน
ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์เหมาะสำหรับงานหลากหลายประเภท เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และมอเตอร์ปั๊มน้ำ นอกจากนี้ยังทนทานต่อแรงกระแทกสูง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในงานหลายประเภท การออกแบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่ต้องการอัตราทดเกียร์สูงในดีไซน์ที่กะทัดรัด
ระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ยังมีข้อดีคือช่วยลดช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่ประกบกันให้น้อยที่สุด ซึ่งช่วยขจัดปัญหาการชนกันและทำให้การประกอบแน่นสนิท สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในชุดเกียร์ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถใช้โหลดเซลล์และโพเทนชิโอมิเตอร์ในการวัดระยะคลายตัวของชุดเกียร์ได้อีกด้วย

editor by CX 2023-04-13