ข้อดีของการใช้เกียร์บ็อกซ์ไซโคลน

การใช้เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ในการขับเคลื่อนเพลาอินพุตเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการลดความเร็วของเครื่องจักร โดยจะลดความเร็วของเพลาอินพุตลงตามอัตราส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เกียร์ทดรอบแบบนี้สามารถสร้างอัตราส่วนที่สูงมากได้ในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก

อัตราส่วนการส่งกำลัง

ไม่ว่าคุณจะสร้างระบบขับเคลื่อนทางทะเลหรือปั๊มสำหรับอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ การใช้เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์มีข้อดีหลายประการ เมื่อเทียบกับเกียร์ทดรอบประเภทอื่น เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์มีขนาดสั้นกว่าและมีความหนาแน่นของแรงบิดที่ดีกว่า นอกจากนี้ เกียร์ทดรอบประเภทนี้ยังให้ความเบาและความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ดีที่สุดอีกด้วย
การออกแบบพื้นฐานของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์นั้นคล้ายคลึงกับเกียร์ทดรอบแบบแพลเนตารี ความแตกต่างหลักอยู่ที่รูปทรงของฟันเฟือง
เฟืองไซคลอยด์มีการสึกหรอของด้านข้างฟันน้อยกว่าและมีแรงเค้นสัมผัสแบบเฮิร์ตซ์ต่ำกว่า นอกจากนี้ยังมีแรงเสียดทานและความแข็งแกร่งในการบิดต่ำกว่า ข้อดีเหล่านี้ทำให้เหมาะสำหรับงานที่เกี่ยวข้องกับภาระหนักหรือการขับเคลื่อนความเร็วสูง และยังเหมาะสำหรับอัตราทดเกียร์สูงอีกด้วย
ในระบบเกียร์แบบไซคลอยด์ เพลาอินพุตจะขับตลับลูกปืนเยื้องศูนย์ ในขณะที่เพลาเอาต์พุตจะขับจานไซคลอยด์ จานไซคลอยด์จะหมุนรอบวงแหวนคงที่ และหมุดของเฟืองวงแหวนจะเข้ากับรูในจาน จากนั้นหมุดจะขับเพลาเอาต์พุตเมื่อจานหมุน
เฟืองไซคลอยด์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่ต้องการอัตราทดเกียร์สูงและแรงเสียดทานต่ำ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูงและทนต่อแรงกระแทกได้ดี อีกทั้งยังเหมาะสำหรับงานที่ต้องการการออกแบบที่กะทัดรัดและระยะคลอนต่ำ
อัตราทดเกียร์ของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ถูกกำหนดโดยจำนวนกลีบบนจานไซคลอยด์ การออกแบบจานไซคลอยด์แบบ n=n จะทำให้กลีบเคลื่อนที่หนึ่งกลีบต่อการหมุนหนึ่งรอบของเพลาอินพุต
เฟืองไซคลอยด์สามารถผลิตได้เพื่อลดอัตราทดเกียร์จาก 30:1 ถึง 300:1 เฟืองเหล่านี้เหมาะสำหรับงานระดับสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ยังให้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งและการคลายตัวที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ต้องใช้กระบวนการผลิตพิเศษและคุณลักษณะที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน

แรงอัด

เมื่อเปรียบเทียบกับเกียร์ทดรอบแบบทั่วไป เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์มีกลไกการเคลื่อนที่ที่เป็นเอกลักษณ์ มันมีแบริ่งเยื้องศูนย์อยู่ในโครงหมุน ซึ่งขับเคลื่อนแผ่นดิสก์ไซคลอยด์ มีลักษณะเด่นคือมีระยะคลอนต่ำและความแข็งแกร่งต่อแรงบิดสูง ซึ่งช่วยให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเฟืองได้
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการตรวจสอบผลกระทบของพารามิเตอร์การออกแบบเพื่อพัฒนารูปแบบการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดของตัวลดเกียร์แบบไซคลอยด์ โดยศึกษาจุดหมุนหลักสามจุด ได้แก่ จานไซคลอยด์ วงแหวนรอบนอก และเพลาอินพุต จุดเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์แรงไดนามิกที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการคำนวณความเค้นและความเครียด ความถี่การเข้าคู่ของเฟืองถูกคำนวณโดยใช้สูตรที่รวมปัจจัยแก้ไขสำหรับเฟรมหมุนของวงแหวนรอบนอกไว้ด้วย
ได้มีการทำการศึกษาโดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดสามมิติ (FEA) เพื่อประเมินแผ่นดิสก์แบบไซคลอยด์ และได้ตรวจสอบผลกระทบของขนาดรูที่มีต่อความเค้นที่เกิดขึ้นในแผ่นดิสก์ นอกจากนี้ การศึกษายังพิจารณาถึงการกระเพื่อมของแรงบิดในระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ด้วย
ผู้เขียนงานวิจัยนี้ยังได้สำรวจการกระจายตัวของระยะคลายตัวในกลไกส่งออก โดยคำนึงถึงความคลาดเคลื่อนในการผลิต โครงสร้าง และรูปทรงเรขาคณิตของกลไกส่งออก นอกจากนี้ งานวิจัยยังได้พิจารณาถึงประสิทธิภาพเชิงสัมพัทธ์ของตัวลดเกียร์แบบไซคลอยด์ ซึ่งใช้ตัวลดเกียร์แบบไซคลอยด์จานเดี่ยวที่มีความแตกต่างของฟันเฟืองหนึ่งซี่เป็นพื้นฐาน
ผู้เขียนงานวิจัยนี้สามารถอนุมานความเค้นสัมผัสของแผ่นดิสก์แบบไซคลอยด์ได้ ซึ่งคำนวณโดยใช้ค่าความแข็งสัมผัสตามวัสดุ วิธีการนี้สามารถนำไปใช้ในการกำหนดความเค้นสัมผัสที่แม่นยำในเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ได้
สิ่งสำคัญคือต้องทราบอัตราส่วนที่จำเป็นสำหรับการคำนวณอัตราการรับน้ำหนัก ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร f = k (S x R) โดยที่ S คือปริมาตรของชิ้นส่วน R คือมวล k คือค่าความแข็งของจุดสัมผัส และ f คือเวกเตอร์แรง

ทิศทางการหมุน

แตกต่างจากเกียร์วงแหวนแบบดั้งเดิมที่มีแกนหมุนเพียงแกนเดียว เกียร์ไซคลอยด์มีแกนหมุนสามแกนที่ขนานกันและอยู่ในระนาบเดียวกัน เกียร์ไซคลอยด์มีความแข็งแกร่งต่อแรงบิดและรับแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม นอกจากนี้ยังช่วยให้ความเร็วเชิงมุมคงที่ และใช้ในงานเกียร์ความเร็วสูง
ชุดเกียร์ไซคลอยด์ประกอบด้วยเพลาอินพุต ชิ้นส่วนขับ และจานไซคลอยด์ จานจะหมุนไปในทิศทางหนึ่ง ในขณะที่เพลาอินพุตหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม เพลาอินพุตติดตั้งเยื้องศูนย์กับชิ้นส่วนขับ จานไซคลอยด์จะขบกับตัวเรือนเฟืองวงแหวน และการเคลื่อนที่แบบหมุนของจานไซคลอยด์จะถูกส่งต่อไปยังเพลาเอาต์พุต
ในการคำนวณทิศทางการหมุนของเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ ไซคลอยด์จะต้องมีการวางแนวเชิงมุมที่ถูกต้อง และเส้นศูนย์กลางของไซคลอยด์จะต้องอยู่ในแนวเดียวกับศูนย์กลางของรูส่งกำลัง ความยาวที่สั้นที่สุดของไซคลอยด์ควรเท่ากับรัศมีของวงกลมแกนหมุน และรัศมีที่ใหญ่ที่สุดของไซคลอยด์ควรมีขนาดเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตลับลูกปืน
เฟืองแบบขั้นเดียวจะมีพื้นที่ใช้งานจำกัด ดังนั้นคุณจึงต้องใช้เฟืองแบบหลายขั้นเพื่อเพิ่มพื้นที่ใช้งานให้มากที่สุด นี่คือเหตุผลที่เฟืองไซคลอยด์มักถูกออกแบบให้มีระยะไซคลอยด์ที่สั้นลง
เพื่อคำนวณรูปทรงฟันเฟืองไซคลอยด์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด จึงได้มีการคิดค้นวิธีการใหม่ขึ้น วิธีนี้ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ทิศทางการหมุนของไซคลอยด์และพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตอื่นๆ อีกเล็กน้อย โดยใช้ฟังก์ชันแบบแบ่งช่วงที่เกี่ยวข้องกับการกระจายของมุมแรงดัน เพื่อกำหนดรูปทรงฟันเฟืองไซคลอยด์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด จากนั้นจึงนำไปซ้อนทับกับรูปทรงทางทฤษฎี วิธีการใหม่นี้มีความยืดหยุ่นมากกว่าวิธีการแบบเดิม และสามารถปรับให้เข้ากับแนวโน้มที่เปลี่ยนแปลงไปของรูปทรงฟันเฟืองไซคลอยด์ได้

ออกแบบ

มีการพัฒนาการออกแบบเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์หลายแบบ เกียร์ทดรอบเหล่านี้มีอัตราทดลดรอบสูงในขั้นตอนเดียว ส่วนใหญ่ใช้กับเครื่องจักรหนัก ให้ความแข็งแกร่งต่อแรงบิดและความสามารถในการรับแรงกระแทกที่ดี อย่างไรก็ตาม เกียร์ทดรอบเหล่านี้ก็มีปัญหาเรื่องการสั่นสะเทือนที่รอบสูง มีการศึกษาหลายครั้งเพื่อหาทางแก้ไขปัญหานี้
เกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์ได้รับการออกแบบโดยการคำนวณอัตราส่วนลดของกลไก อัตราส่วนลดนี้ได้มาจากขนาดของความเร็วรอบขาเข้า จากนั้นจึงคูณด้วยอัตราส่วนลดของรูปทรงเฟือง
ปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการออกแบบเกียร์ทดรอบแบบไซคลอยด์คือการกระจายแรงตามความกว้างของเฟือง การใช้เกณฑ์การออกแบบนี้จะช่วยลดความ amplitud ของการสั่นสะเทือนได้ ซึ่งจะทำให้มั่นใจได้ว่าเกียร์ทดรอบทำงานได้อย่างถูกต้อง เพื่อให้ได้สภาวะการจับคู่ที่เหมาะสม โปรไฟล์แบบทรอยคอยด์บนขอบจานไซคลอยด์จะต้องถูกกำหนดอย่างแม่นยำ
หนึ่งในรูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดของเฟืองไซคลอยด์คือเฟืองที่มีฟันเป็นรูปโค้งวงกลม ซึ่งเป็นรูปแบบฟันเฟืองที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน
เฟืองอีกรูปแบบหนึ่งคือเฟืองไฮโปไซคลอยด์ รูปแบบนี้ต้องการให้เส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมที่กลิ้งมีขนาดเท่ากับครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมฐาน อีกกรณีพิเศษคือเฟืองแบบฟันแหลม รูปแบบนี้เรียกอีกอย่างว่าเฟืองนาฬิกา
เพื่อให้รูปทรงเฟืองนี้ทำงานได้ จุดสัมผัสเริ่มต้นจะต้องคงที่อยู่กับขอบของแผ่นดิสก์ที่กลิ้งอยู่ ซึ่งจะสร้างเส้นโค้งไฮโปไซคลอยด์ขึ้น เส้นโค้งนี้ถูกลากจากจุดเริ่มต้นนี้
เพื่อตรวจสอบลักษณะของเฟืองนี้ ผู้เขียนได้ใช้วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดแบบ 3 มิติ โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการผลิตเฟือง ซึ่งรวมถึงพารามิเตอร์ทางจลศาสตร์ การคำนวณแรงบิดขาออก และขั้นตอนการกลึง ผลลัพธ์ที่ได้คือการออกแบบที่ช่วยขจัดปัญหาการคลายตัวของเฟือง

ขนาดและตัวเลือก

การเลือกเกียร์อาจเป็นเรื่องที่ซับซ้อน มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา คุณต้องกำหนดประเภทการใช้งาน ความเร็วที่ต้องการ ภาระ และอัตราทดของเกียร์ เมื่อได้ข้อมูลเหล่านี้แล้ว คุณจะสามารถหาโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคุณได้
สิ่งแรกที่คุณต้องทำคือหาขนาดที่เหมาะสม มีโปรแกรมคำนวณขนาดหลายโปรแกรมที่ช่วยคุณกำหนดขนาดเกียร์ที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ คุณสามารถเริ่มต้นด้วยการวาดเฟืองไซคลอยด์เพื่อช่วยในการสร้างชิ้นส่วนได้
ในระหว่างการเลือกขนาดเฟืองนั้น สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาสภาพแวดล้อม แรงกระแทก สภาพแวดล้อม และอุณหภูมิโดยรอบสามารถเพิ่มการสึกหรอของฟันเฟืองได้ นอกจากนี้ อุณหภูมิยังมีผลกระทบอย่างมากต่อความหนืดของสารหล่อลื่นและวัสดุของซีลด้วย
นอกจากนี้คุณยังต้องพิจารณาความเร็วขาเข้าและขาออกด้วย เนื่องจากความเร็วขาเข้าจะส่งผลต่อการคำนวณอัตราทดเกียร์ หากคุณใช้ความเร็วขาเข้าเกินกว่าที่กำหนด อาจทำให้ซีลเสียหายและทำให้ตลับลูกปืนเพลาสึกหรอเร็วกว่ากำหนดได้
อีกแง่มุมที่สำคัญในการเลือกขนาดคือค่าตัวประกอบการใช้งาน (service factor) ค่าตัวประกอบนี้เป็นตัวกำหนดปริมาณแรงบิดที่เกียร์บ็อกซ์สามารถรับได้ ค่าตัวประกอบการใช้งานอาจต่ำถึง 1.4 ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม แรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือนสูงจะต้องการค่าตัวประกอบการใช้งานที่สูงขึ้น การไม่คำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้อาจนำไปสู่เพลาหักและตลับลูกปืนเสียหายได้
รูปแบบการเชื่อมต่อก็มีความสำคัญเช่นกัน คุณต้องพิจารณาว่าต้องการรูกลวงแบบไม่มีร่องลิ่มหรือแบบมีร่องลิ่ม รวมถึงว่าต้องการหน้าแปลนสำหรับเชื่อมต่อหรือไม่ หากเลือกรูกลวงแบบไม่มีร่องลิ่ม คุณจะต้องเลือกวัสดุซีลที่ทนต่ออุณหภูมิสูงได้

เรียบเรียงโดย CX