Siklonik Dişli Kutusu

Temel olarak, sikloidal dişli kutusu, dönme hareketini gerçekleştirmek için sikloidal bir hareket kullanan bir dişli kutusudur. Çeşitli uygulamalarda kullanılabilen çok basit ve verimli bir tasarımdır. Sikloidal dişli kutusu genellikle ağır yüklerin hareketini gerektiren uygulamalarda kullanılır. Daha yüksek yükleri ve daha yüksek hızları kaldırabilme yeteneği de dahil olmak üzere, planet dişli kutusuna göre çeşitli avantajlara sahiptir.

Sikloidal dişli kutusunun dinamik ve atalet etkileri

Sikloidal dişli kutusunun dinamik ve atalet etkileri üzerine çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bunlardan bazıları çalışma prensiplerine odaklanırken, diğerleri dişli kutusunun matematiksel modeline odaklanmaktadır. Bu makale, sikloidal dişli kutusunun matematiksel modelini inceler ve performansını gerçek dünya ölçümleriyle karşılaştırır. Sikloidal bir dişli kutusunun tasarımı ve kontrolü için uygun bir matematiksel modele sahip olmak önemlidir. Sikloidal dişli kutusu, kendi ekseni etrafında dönen bir sikloid disk ve bir halka dişliye sahip iki kademeli bir dişli kutusudur.
Matematiksel model 1,6 milyondan fazla elemandan oluşmaktadır. Her dişli çifti, 500 özmod içeren indirgenmiş bir modelle temsil edilir. Düz dişlinin öz frekansı 70 kHz'dir. Modsal olarak indirgenmiş model, sikloidal şanzıman için iyi bir uyum sağlar.
Matematiksel model, ABAQUS yazılımı kullanılarak doğrulanmıştır. Çok ince bir model elde etmek için sikloid disk ayrıklaştırılmıştır. Diş başına 400 eleman noktası gerektirir. Ayrıca statik sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak da doğrulanmıştır. Bu model daha sonra tüm kadranlardaki dişlilerin sürtünmesini modellemek için kullanılmıştır. Bu, sikloid dişli kutusundaki sürtünmeyi modellemek için yeni bir yaklaşımdır. EMBS modelinin sonuçlarıyla karşılaştırılabilir sonuçlar ürettiği gösterilmiştir. Sonuçlar ayrıca elastik çok gövdeli simülasyon modeliyle de eşleşmektedir. Bu, sikloid dişli diskinin temas kuvvetleri ve büyüklüğü için iyi bir uyum sağlamaktadır. Ayrıca sikloid dişli diski ile halka dişli arasındaki iletim doğruluğunun yaklaşık 98,5% olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte, bu değer halka dişli çiftinin iletim doğruluğundan daha düşüktür. Düzeltilmiş modelin iletim hatası yaklaşık 0,3%'dir. İletim doğruluğunun daha düşük olmasının nedeni, diş yan yüzeylerindeki elastik deformasyon miktarının daha düşük olmasıdır.
Şunu belirtmek önemlidir ki, sikloid dişli kutusunun her bir dişi için en doğru temas kuvvetleri düzgün değildir. Tek bir diş üzerindeki temas kuvveti doğrusal bir yükselişle başlar ve ardından keskin bir düşüşle sona erer. Noktasal temas üzerindeki temas kuvveti kadar düzgün değildir, bu nedenle elips şeklindeki temas kuvvetiyle karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte, elips şeklindeki temas üzerindeki temas kuvveti hala nispeten küçüktür ve EMBS modeli bunu yakalayamamaktadır.
Sikloid disk için sonlu elemanlar modeli yaklaşık 1,6 milyon elemandan oluşmaktadır. Sonlu elemanlar modelinin en önemli kısmı sikloid diskin ayrıklaştırılmasıdır. Sikloid dişli diskinin maruz kaldığı yüksek titreşim derecesi nedeniyle, ayrıklaştırma işleminin çok dikkatli yapılması son derece önemlidir. Sikloid diskin sonuçlarının statik bir sonlu elemanlar analizinin sonuçlarıyla karşılaştırılabilir olması için, mümkün olan en doğru model olması gerekir.

Sikloidal tahrik sisteminin kinematiği

Keyfi bir koordinat sistemi kullanarak, sikloidal bir dişli kutusundaki bileşenlerin hareketini gözlemleyebiliriz. Sikloidal diskin sabit pimler etrafında dairesel olarak döndüğünü, takipçi milinin ise eksantrik kam etrafında döndüğünü gözlemliyoruz. Ayrıca, giriş milinin rulmanlı yatağa eksantrik olarak monte edildiğini görüyoruz.
Ayrıca, sikloidal diskin eksantrik yatak etrafında bağımsız olarak döndüğünü, takipçi milinin ise bir simetri ekseni etrafında döndüğünü gözlemliyoruz. Buradan, sikloidal diskin sikloidal dişli kutusunun kinematiğinde çok önemli bir rol oynadığı sonucuna varabiliriz.
Sikloidal redüktörün verimliliğini hesaplamak için, temas noktalarının doğrusal olmayan sertliğine dayalı bir model kullanıyoruz. Bu modelde, temasın doğrusal olmaması, kuvvetin doğrusal olmaması ve temastaki deformasyon tarafından yönetilir. Sikloidal redüktörün verimliliğinin yük arttıkça arttığını gösterdik. Ayrıca, verimlilik kayma hızına ve normal yükün deformasyonlarına bağlıdır. Bu faktörler, sikloidal tahrik sisteminin verimliliğini belirlemek için kilit değişkenler olarak kabul edilir.
Giriş torku ve giriş hızı ile sikloidal redüktörün verimliliğini de dikkate alıyoruz. Verimliliği, halka dişlideki net torku çıkış torkuna bölerek hesaplayabiliriz. Verimlilik, farklı çalışma koşullarına uyacak şekilde ayarlanabilir. Yük arttıkça sikloidal tahrik sisteminin verimliliği de artar.
Sikloidal dişli kutusu, küçük bir şaft ve büyük bir şafta sahip çok kademeli bir dişli kutusudur. 19 dişe ve pirinç rondelalara sahiptir. Dış diskler orta diske zıt yönde hareket eder ve 180 derece açıyla yerleştirilmiştir. Orta disk, dış diskin iki katı büyüklüğündedir. Sikloidal disk, tahrik şaftı devri başına bir lob hareket eden dokuz loba sahiptir. Diskteki pim sayısı, çevredeki pim sayısından daha az olmalıdır.
Giriş mili, gücü çıkış miline iletebilen eksantrik bir yatağı tahrik eder. Ayrıca, giriş mili ara yatak aracılığıyla sikloidal diske kuvvet uygular. Sikloidal disk daha sonra 360 derece/pivot/makara adımlarıyla ilerler. Çıkış mili pimleri daha sonra deliklerde hareket ederek çıkış milinin sürekli dönmesini sağlar. Giriş mili, taban milinin sabit hızını korumak için sinüzoidal bir hareket uygular. Bu sinüs dalgası, takipçi mile küçük ayarlamalar yapılmasına neden olur. İç manşonlara uygulanan kuvvetler, denge mekanizmasının bir parçasıdır.
Ayrıca, sikloidal tahrik sisteminin planet dişli sistemine göre daha büyük bir tork iletebildiğini gözlemleyebiliriz. Bunun nedeni, sikloidal dişlinin daha büyük eksenel uzunluğu ve halka dişlinin daha küçük delik çapıdır. Sabit halka ile disk arasında, sabit halka ile disk arasına diş açılmasıyla elde edilen pozitif bir uyum da sağlanabilir. Sikloidal disk genellikle yüksek hızlarda dengesizlik kuvvetlerini en aza indirmek için kısa bir sikloid ile tasarlanır.

Planet dişli kutularıyla karşılaştırma

Planet dişli kutularına kıyasla, sikloidal dişli kutusunun bazı avantajları vardır. Bu avantajlar arasında düşük boşluk, daha iyi aşırı yük kapasitesi, kompakt tasarım ve geniş bir uygulama yelpazesinde performans gösterebilme yeteneği yer almaktadır. Sikloidal dişli kutusu, çok eksenli robotik pazarında popüler hale gelmiştir. Dişli kutusu ayrıca ilk eklemlerde ve konumlandırıcı sistemlerde de giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Sikloidal dişli kutusu, dört temel bileşenden oluşan bir dişli kutusudur: bir sikloid disk, bir çıkış flanşı, bir halka dişli ve bir sabit halka. Sikloid disk, 360 derece/pivot/makara adımıyla ilerleyen eksantrik bir mil tarafından tahrik edilir. Çıkış flanşı, gücü çıkış miline ileten sabit bir pim diskidir. Halka dişli sabit bir halkadır ve giriş mili bir servo motora bağlıdır.
Sikloidal dişli kutusu, yüksek dinamik durumlarda ataleti kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bu dişli kutuları genellikle robotik ve konumlandırma sistemlerinde, ağır yüklerin konumlandırılmasında kullanılır. Ayrıca çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda da yaygın olarak kullanılırlar. Daha yüksek tork yoğunluğuna ve düşük boşluğa sahip olmaları, onları ağır yükler için ideal hale getirir.
Çıkış flanşı ayrıca 500 Nm'ye kadar torku kaldıracak şekilde tasarlanmıştır. Dönme hızı planet dişli kutusuna göre daha düşüktür, ancak çıkış torku çok daha yüksektir. Yüksek performanslı bir dişli kutusu olarak tasarlanmıştır ve yüksek oranlar ve yüksek tork yoğunluğu gerektiren uygulamalarda kullanılabilir. Sikloid dişli kutusu ayrıca daha ucuzdur ve daha az boşluğa sahiptir. Bununla birlikte, sikloid dişli kutusunun tasarımında dikkate alınması gereken dezavantajları da vardır. Ana sorun titreşimlerdir.
Planet dişli kutularına kıyasla, sikloidal dişli kutuları daha küçük boyutludur ve daha ucuzdur. Ayrıca, sikloidal dişli kutusunun tek kademesinde büyük bir redüksiyon oranı vardır. Genel olarak, sikloidal dişli kutuları tek veya iki kademelidir, üçüncü kademe ise daha az yaygındır. Bununla birlikte, sikloidal dişli kutusu bu tür bir konfigürasyona sahip tek dişli kutusu türü değildir. Tek kademeli planet dişli kutularına da sıkça rastlanır.
Çeşitli sikloidal dişli kutuları mevcuttur ve genellikle sikloidal hız düşürücüler olarak adlandırılırlar. Bu dişli kutuları, servo motor kullanan her sektör için tasarlanmıştır. Planet dişli kutularından daha kısadırlar ve aynı tork için daha büyük çaplıdırlar. Bazılarının 30:1'den daha düşük bir oranı da mevcuttur.
Sikloid dişli kutusu, yüksek dönüş hızları ve yüksek tork gereksinimlerinin olduğu uygulamalar için iyi bir seçim olabilir. Bu dişli kutuları, planet dişli kutularına göre daha kompakttır ve yüksek torklu uygulamalar için uygundur. Ayrıca daha sağlamdırlar ve şok yüklerine dayanabilirler. Düşük boşluk payına, daha yüksek doğruluk ve konumlandırma hassasiyetine sahiptirler. Endüstriyel robotik dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesinde de kullanılırlar.

CX tarafından düzenlendi, 2023-04-20