Один из способов классификации зубчатых колес — по профилю зубьев: эвольвентные, циклоидальные или трохоидальные (Обратите внимание, что трохоидальные шестерни используются в основном в насосах). Большинство механизмов, используемых в системах управления движением, включая цилиндрические шестерни, винтовые передачи, и конические конструкции — это эвольвентные зубчатые колеса. Однако циклоидальные передачи являются хорошим выбором для систем управления движением, требующих очень высоких передаточных чисел (часто превышающих 100:1), низкого трения и превосходной износостойкости.

Профиль зуба эвольвентного зубчатого колеса представляет собой эвольвенту окружности, которая представляет собой кривую, которая была бы описана точкой на прямой, катящейся по окружности, называемой эволютой. Другой способ визуализировать эвольвенту окружности — представить кривую, которую будет образовывать конец веревки, обернутой вокруг цилиндра, когда нить будет разматываться с цилиндра.

Напротив, профили зубьев циклоидальных зубчатых колес основаны на циклоиде. Чтобы разобраться в циклоидальных передачах, важно различать эпициклоиды и гипоциклоиды.

Эпициклоида определяется как кривая, образуемая когда один круг катится снаружи из другого круга (называемого “базовым кругом”).

A гипоциклоид определяется как кривая, когда круг катится по внутри из базового круга.

В циклоидальном зубчатом колесе часть боковой поверхности зуба, которая находится за пределами окружности шага (известная как адендум), является эпициклоидальной. И наоборот, часть боковой поверхности зуба, которая находится внутри окружности шага (известная как дедендум), является гипоциклоидальной.

Уникальный принцип циклоидальных зубчатых колес заключается в том, что внешний круг качения, используемый для создания боковых сторон дополнительных зубьев (эпициклоиды) на одной шестерне, используется в качестве внутреннего круга качения для создания боковых сторон дополнительных зубьев (гипоциклоиды) другой шестерни. Это обеспечивает постоянную угловую скорость и обеспечивает соответствие фундаментальному закону зацепления, в котором говорится, что соотношение угловых скоростей зубчатых колес должно оставаться постоянным на протяжении всего зацепления зубчатых колес.

Циклоидальный редуктор использует принципы циклоидальных передач для обеспечения высоких передаточных чисел (часто 100: 1 или больше) при отличной жесткости на кручение, хорошей ударной нагрузке, стабильном люфте в течение всего срока службы коробки передач и низком износе.

Существуют различные конструкции циклоидальных редукторов, но основной принцип состоит в том, что входной вал эксцентрично установлен на приводном элементе или подшипнике, который приводит в эксцентричное движение циклоидальный диск. При вращении диска лепестки циклоидального диска действуют как зубья и входят в зацепление со штифтами на неподвижной кольцевой шестерне. Циклоидальный диск также имеет роликовые штифты, которые выступают сквозь диск, и эти штифты крепятся к выходному диску, который передает движение выходному валу.

Количество лепестков (зубьев) на циклоидальном диске меньше, чем количество штифтов (зубьев) на кольцевой шестерне, что обеспечивает снижение скорости и увеличение крутящего момента. Чтобы предотвратить “раскачивание” выходного вала, роликовые штифты, соединенные с выходным диском, установлены в отверстиях, немного превышающих диаметр штифта. Один циклоидальный диск испытывает несбалансированные усилия, которые могут быть компенсированы с помощью второго циклоидального диска, смещенного относительно первого на 180 градусов.

Циклоидальные зубчатые колеса гораздо сложнее в изготовлении, чем эвольвентные, и требуют чрезвычайно точного изготовления и сборки. Но в некоторых приложениях они действительно дают значительные преимущества. Во-первых, они могут обеспечивать передаточные числа до 300:1 в относительно небольшом корпусе — особенно в отношении длины редуктора — поскольку они не требуют “укладки” ступеней передачи в ряд, как в планетарной конструкции.

Циклоидальные зубчатые колеса также испытывают меньшее трение и меньший износ боковых поверхностей зубьев благодаря их контакту качения и меньшему Контактному напряжению по Герцу. А их хорошая жесткость на кручение и способность выдерживать ударные нагрузки делают их идеальными для тяжелых промышленных применений, где также требуются точность и жесткость сервоприводов.

Автор изображения: Onvio