600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Волновая деформация, планоцентрическая, циклоидальная, планетарная передача и зубчатая передача с упором

Преобразователи частоты

Обновлено в 2022 году ⚙️ Трохоидальная и циклоидальная передача включает элементы, которые вращаются и описывают кривые вокруг какого-либо другого элемента. Более конкретно, циклоиды, прослеживаемые точкой на окружности элемента качения, включают эпициклоиды (для которых элемент катится вдоль внешней стороны солнечной шестерни или другого опорного компонента) и гипоциклоиды, для которых элемент катится внутри кольца или другого опорного компонента. В отличие от этого, трохоиды (и их подтипы) прослеживаются не точкой на окружности элемента качения, а скорее некоторой точкой внутри или снаружи. Одним из особенно распространенных подтипов эпициклической передачи является планетарная передача.

Потому что мы рассматривали планетарии в предыдущих motioncontroltips.com сообщения, здесь мы рассмотрим другие варианты, которые все чаще встречаются в высокопроизводительных станкостроительных, аэрокосмических, погрузочно-разгрузочных и роботизированных приложениях, требующих точного сервопривода.

Рассмотрим последний вариант — в роботизированном соединении, использующем двигатель (работающий со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту), оснащенный зубчатой передачей для снижения выходной скорости в 100 раз. Зубчатая передача в таких конструкциях также служит для увеличения крутящего момента при разгоне для достижения максимальной плотности мощности — приоритетной цели проектирования для SCARAs и совместной робототехники, для которых вся сборка представляет собой, по сути, консольную массу. Напомним, что обычные зубчатые передачи, используемые в таких конструкциях (включая некоторые планетарные редукторы), обычно имеют очень небольшой люфт. Это часто ограничивается всего несколькими дуговыми оборотами в минуту (100-ю долю градуса) и служит для обеспечения смазки и теплового расширения. Однако этот люфт в некоторых случаях может привести к недопустимому снижению точности системы. Итак, давайте взглянем на другие варианты снаряжения, которые позволяют избежать этой проблемы.

Конструкция с зазубренными зубьями, известная под торговой маркой Galaxie, представляет собой новую запатентованную коробку передач с высоким крутящим моментом от WITTENSTEIN. Он обеспечивает исключительную жесткость при кручении и работу без люфта для применений, где требуется превосходная точность выходного перемещения. В отличие от других предложений зубчатых колес, которые передают мощность по линиям контакта на зубьях шестерни, зацепляющиеся шестерни в Galaxy обеспечивают контакт почти по всей поверхности. Это обеспечивает контакт с зубами в 6,5 раз больше, чем у некоторых типов обычных эвольвентных зубов.

Как это работает? Короче говоря, коробка передач направляет большое количество отдельных зубьев вдоль внутреннего кольцевого зубчатого колеса. Геометрия зубьев повторяет логарифмическую спираль, которая позволяет нескольким зубьям передавать мощность одновременно через гидродинамический контакт, покрывая гораздо большие площади поверхности, чем традиционный линейный контакт. В результате получается коробка передач с нулевым люфтом даже при пересечении нуля. Логарифмическая спиральная траектория зубьев обеспечивает точность синхронизации, превосходящую традиционные приводы с полым валом и сопоставимыми наружными диаметрами.

Коробка передач Galaxie может комбинироваться с двигателем с подключением IIoT. Он может похвастаться эффективностью до 91% — на 18-29% лучше, чем традиционные устройства с волнообразным деформированием и циклоидальным приводом.

Являясь частью приводной системы, гидродинамический зубчатый контакт Galaxy также обеспечивает высокую перегрузочную способность. Крутящий момент аварийной остановки на 150-300% выше, чем у устаревших систем, а жесткость на кручение на 580% выше, поэтому коробки передач других конструкций, возможно, должны быть в три раза больше, чтобы обеспечить тот же крутящий момент, что и у данной модели Galaxie. Конструкция Galaxie также допускает очень большой диаметр полого вала по отношению к внешнему диаметру — в некоторых случаях до 70% больше.

Эксцентриковые шестерни механизма качения, известные как циклоидальные редукторы, представляют собой тип серворедуктора, который имеет входной вал, приводящий в движение подшипниковый узел. Это, в свою очередь, приводит в движение циклоидальный диск (иногда называемый кулачком), который соединяется с выходным валом. Кулачок имеет лепестки или зубья, которые входят в зацепление с толкателем кулачка — обычно со штифтовыми или игольчатыми подшипниками. Вращение эксцентрикового кулачка вызывает вращение выходного вала с меньшей скоростью и более высоким крутящим моментом, чем входной.

Основным преимуществом циклоидальных редукторов является их свойство нулевого или близкого к нулю люфта (до 1 дуги в минуту). что обеспечивает высокую точность и сверхточность. Это особенно востребовано там, где требуется высокоточное позиционирование, например, в роботизированных приложениях, станках и аналогичных приложениях. Циклоидальные редукторы также имеют качающийся, а не скользящий контакт, что приводит к меньшему общему износу. Некоторые циклоидальные редукторы скорости обеспечивают нулевой люфт за счет сочетания составного редукционного кулачка с полным комплектом толкателей кулачков на игольчатых подшипниках.

Благодаря конструкции «палец-шестерня» циклоидальная передача поддерживает непрерывный и распределенный контакт при передаче мощности, обеспечивая более высокую ударопрочность, чем традиционные редукторы. Фактически, некоторые вариации могут выдерживать кратковременное воздействие, увеличивающее их номинальный крутящий момент в четыре раза. Высокая плотность крутящего момента обеспечивает передаточное отношение до 185:1 при разумных габаритах коробки передач.

Sволновая передача использует упругость металла (прогиб) шестерни для снижения скорости. Ключевые преимущества волновой передачи напряжения включают нулевой люфт, высокую плотность мощности и точность позиционирования.

Редуктор с волновой деформацией состоит из трех компонентов: генератора волн, гибкой линии и кругового шлица. Генератор волн представляет собой узел подшипника и стального диска эллиптической формы, обработанного в соответствии с точными спецификациями. Специальный шарикоподшипник облегает этот диск и соответствует эллиптической форме. В большинстве конструкций генератор волн соединен с серводвигателем — для ввода движения.

Flexspline представляет собой тонкостенный стальной стакан. Стенки этих чашек податливы в радиальном направлении, но остаются жесткими при кручении, поскольку чаша имеет большой диаметр. Производители врезают зубья шестерни во внешнюю поверхность рядом с открытым концом чашки, рядом с тем, что можно было бы назвать краями. Flexspline обычно служит в качестве выходного сигнала.

Чашка имеет жесткий выступ на одном конце, обеспечивающий прочную монтажную поверхность. Генератор волн вставлен внутрь гибкой пластины таким образом, чтобы подшипник находился в том же осевом положении, что и зубья гибкой пластины. Стенка flexspline у края чашки соответствует той же эллиптической форме подшипника. Это придает зубьям на внешней поверхности гибкой пластины эллиптическую форму. Таким образом, flexspline эффективно имеет эллиптический диаметр зубчатого колеса на своей внешней поверхности.

Круговой шлиц представляет собой жесткое круглое стальное кольцо с зубьями по внутреннему диаметру. Обычно он крепится к корпусу и не вращается. Его зубья входят в зацепление с зубьями flexspline. Зубья гибкого шлица входят в зацепление с зубьями кругового шлица вдоль главной (длинной) оси эллипса. Таким образом, есть две области зацепления, образованные эллипсом, вписанным концентрически в кольцо. Примерно 30% зубьев находятся в постоянном зацеплении — в отличие от примерно шести зубьев, зацепленных в любое время для эквивалентной планетарной передачи, и одного или двух зубьев для эквивалентной цилиндрической передачи.

Напомним, что люфт — это разница между пространством для размещения зубьев и шириной зубьев, и эта разница равна нулю в зубчатом зацеплении с волной деформации. Упругая радиальная деформация гибкого шлица с волновой деформацией (предварительно нагруженная производителем по отношению к круговой шлице на главной оси) действует как очень жесткая пружина, компенсируя пространство между зубьями, которое в противном случае вызвало бы люфт. Предварительный натяг устанавливается таким образом, чтобы напряжения оставались значительно ниже предела выносливости материала.

Угол прижима зубьев шестерни преобразует тангенциальную силу выходного крутящего момента в радиальную силу, действующую на подшипник генератора волн. Зубья flexspline и circular spline входят в зацепление вблизи большой оси эллипса и расцепляются на малой оси. У гибкой линии на два зубца меньше, чем у кругового шлица, поэтому каждый раз, когда генератор волн совершает один оборот, гибкая линия и круговой шлиц сдвигаются на два зубца. Передаточное отношение — это количество зубьев гибкой линии ÷ (количество зубьев гибкой линии – количество зубьев круглого шлица).

Легкая конструкция и одноступенчатые передаточные числа (до 160: 1) волновой передачи деформации позволяют инженерам использовать шестерни в конструкциях, требующих минимального веса и объема. Даже небольшие двигатели могут использовать свое большое механическое преимущество. Определенные профили зубьев (из выпуклых и вогнутых дуг) для волновой передачи позволяют большему количеству зубьев входить в зацепление — для увеличения жесткости на кручение и крутящего момента, а также увеличения наработки на отказ.