Циклоидальный редуктор своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 05.10.2024
Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999 году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в США, Южной Кореи, Канаде и Японии, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию циклоидальные мотор-редукторы по цене производителя.
Общая информация
Циклоидальный или планетарно-цевочный редуктор – это механизм для понижения частоты вращения с фиксированным передаточным числом, в основе которого лежит циклоидальная передача. Название происходит от понятия “циклоида”, под которым понимают плоскую трансцендентную кривую, являющуюся траекторией, описываемой фиксированной точкой окружности, катящейся по прямой без скольжения. “Трансцендентная” подразумевает то, что такая кривая не может быть описана алгебраическим уравнением в прямоугольных координатах.
Ведущий вал редуктора передает движение на эксцентрично расположенный подшипник, который в свою очередь вращает циклоидальный диск. Впадины на боковой поверхности диска находятся в зацеплении с выступами неподвижного коронного кольца, из-за чего движение имеет эксцентрический, циклоидальный характер. В диске имеется ряд расположенных по окружности отверстий, в которые вставлены стержни или ролики, закрепленные на диске, соединенном с выходным валом.
Через контакт циклоидального диска и роликов вращательный момент сообщается на выходной вал, при этом радиальные смещения диска не передаются. Ролики в отверстиях движутся по окружности, что обеспечивает относительную равномерность перехода качающегося движения во вращательное. Передаточное отношение такой передачи высчитывается по формуле:
i – передаточное отношение;
P – количество выступов на коронном кольце;
L – количество выступов на циклоидном диске.
Конструкция может отличаться в деталях при сохранении общего принципа, что позволяет увеличить жесткость конструкции, улучшить эксплуатационные качества и т.д. В общем случае циклоидальные редукторы отличаются большим диапазоном передаточных чисел (от 3 до 119 для одноступенчатого варианта) при высокой нагрузочной способности. Дополнительными преимуществами являются компактность, плавность хода и низкая шумность. КПД для одноступенчатой передачи составляет 95% (90% для двухступенчатой). Это несколько ниже, чем у тех же зубчатых, но в сравнении с более схожими по возможностям планетарными ректорами выделяется в положительную сторону.
Такой впечатляющий набор характеристик стал возможным благодаря высоким требованиям, выдвигаемым к точности изготовления деталей и сборке редукторов. Это делает выбор качественного циклоидального редуктора ответственным шагом, так как в противном случае некачественная сборка и изготовление наоборот могут привести к ускоренному износу и выходу его из строя. Редукторы этого типа нашли широкое применение в качестве высокоточных приводов станков и автоматов, а также мешалок для вязких сред, экскаваторов, упаковочных машин, прессов и т.д. То есть в тех случаях, когда требуется максимальная миниатюризация и облегчение привода, способного передавать значительный крутящий момент при высоких требованиях к надежности и долговечности.
Пример циклоидального мотор-редуктора №1
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Пример циклоидального мотор-редуктора №2
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Пример циклоидального мотор-редуктора №3
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Пример циклоидального мотор-редуктора №4
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Пример циклоидального мотор-редуктора №5
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Пример циклоидального мотор-редуктора №6
Тип: Циклоидальный мотор-редуктор
Напряжение двигателя: 220/380/440 В, 50 Гц
Руководство по эксплуатации циклоидных мотор-редукторов
1. Рекомендации по безопасности
* Не пытайтесь устанавливать или использовать редукторы до тех пор, пока все инструкции по сборке, эксплуатации, техническому обслуживанию, контролю и безопасности не будут прочитаны и тщательно изучены. Пожалуйста, держите эти инструкции рядом с используемой установкой для проверки в любое время, когда это необходимо.
* Обязательно установите и используйте редукторы в соответствии с применимыми местными и государственными нормами безопасности. Необходимо использовать соответствующие предохранители для вращающихся валов, которые можно получить на заводе.
2. По получении убедитесь, что
＊Информация на шильдике соответствует спецификации единицы, которую Вы заказали.
＊Проверьте редукторы скорости на наличие возможных повреждений. О любом возможном ущербе следует сообщить перевозчику или торговому агенту без задержки. Если есть какие-либо доказательства повреждения, которые могут подвергнуть риску функционирование, не устанавливайте установку.
＊Все гайки и болты надежно затянуты.
＊Нет недостающих деталей или принадлежностей.
3. Установка и выравнивание
3.1 Перед пуском
Антикоррозионное средство, используемое при транспортировке и хранении на торцах валов или полых валах, а также на центральных седлах, должно быть удалено перед вводом в эксплуатацию. Это антикоррозионное средство можно удалить с помощью пневматического пистолета; ни в коем случае его нельзя удалять механически (абразив и т. д.).
Горизонтальный тип, маслосмазываемые узлы должны устанавливаться на горизонтальных поверхностях. Не устанавливайте устройство на наклонную поверхность, если только это не было указанно при оформлении заказа и устройство имеет необходимые модификации. Устройство должно быть установлено в легкодоступном месте, позволяющем проводить техническое обслуживание, а именно смазку. При установке устройства в отдельном корпусе убедитесь в том, что там есть достаточная вентиляция для предотвращения чрезмерного нагрева, который приводит к снижению срока службы редуктора.
3.3 Основания
Основания должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать ударное воздействие и давление со стороны нагрузки с помощью редуктора.
При креплении фланца или лап редуктора скорости к вашему оборудованию используйте болты стандарта мин. 8.8 ISO. Убедитесь, что лапа или фланец редуктора прочно закреплены на монтажном основании. Ослабленные крепежные болты могут вызвать вибрацию редуктора, которая может привести к внутренним повреждениям. Постоянно соблюдайте условия монтажа. При необходимости используйте крепежные детали более высокого класса и двойные гайки на каждом болте.
3.5 Точное выравнивание
Когда редуктор соединен с двигателем и приводимой машиной с помощью муфт, валы должны быть правильно выровнены. Если редуктор соединен шкивами клинового ремня или звездочками, убедитесь в том, что ремни или цепи ни слишком тугие, ни слишком слабые.
Слово циклоида, с прилагательным циклоидальный, является производным от гипоциклоида, которая описывается кривой, описываемая точкой на окружности меньшего диаметра,вращающейся внутри большей фиксированной окружности. Производители не должны претендовать на исключительное использование этого слова
Чтобы понять принцип работы, вы должны сначала знать, как определить коэффициент редукции циклоидного редуктора.
Ratio = (P-L) / L
Где P = Количество штифтов зубчатого венца / роликов
L = Количество лопастей на циклоидном диске
Например, на рис. , количество штифтов / роликов (P) равно 12, а число лопастей (L) на циклоидальном диске равно 11.
Отношение = (12-11) / 11 = 1/11 = 11: 1
- При вращении входного вала, эксцентричный подшипник качается. Это покачивание оказывает внешнюю радиальную силу на циклоидальный диск (Рисунок 1).
Замкнутые внутри корпуса редуктора кольца с штырями / роликами, двигают диск в планетарном движении, в соответствии с тем, как эксцентричный подшипник поворачивается. На рисунке 2, меньший круг вращается внутри окружности большего круга, меньший круг перемещается в планетарном движении. По отношению к своим собственному центру, меньший круг вращается в направлении против часовой стрелки. Тем не менее, по отношению к центру большего круга, меньший круг продвигается в направлении CW. (Рисунок 2, слева) механизм Циклоиды работает точно так же. По мере того как эксцентриковый подшипник приводит в движение циклоидальной диск, циклоидный диск вращается в одном направлении относительно своего центра. Однако циклоидальные диски двигаютсяв противоположном направлении по отношению к центру редуктора. Это планетарное движение выглядит почти как движение качащегося обруча.
По мере того как эксцентричный подшипник поворачивается на один оборот, циклоидальные диски двигаются в противоположном направлении по (360 / L) градусов или (P / L) штифтов выводов / роликов. (Рисунок 3)
Для того, чтобы превратить колебательное движение из циклоидальную диска в гладком концентрической движение выходного вала, несколько роликов выходного вала размещены внутри маленьких кругов циклоидальную диска. Эти ролики также присоединены к штифтам выходного вала. Разность (2C) между диаметром выходного вала ролика и малого круга ровно в два раза эксцентриситет (С) эксцентриковой опоры. Это расстояние (2С) также радиальная разница между долиной и гребне доли циклоидный диска. (Рисунок 4)
С помощью описанной выше конструкции, механизм, способный превращать качательное движение эксцентричного подшипника в вобул планетарного движения циклоидальную диска. Это движение затем преобразуется в гладком концентрической движение выходного вала через выходной вал роликов. Снижение скорости достигается, и передача крутящего момента осуществляется.
В имеющейся технической литературе вопросам устройства циклоидальных передач (ЦП) уделено недостаточно внимания. Приводятся примеры устройства только самых простых в понимании ЦП, а именно, состоящих из зубчатых шестерен, отличающихся друг от друга только на один зуб, и только одного схемного решения с выходным валом, связанным с цевками [1,2]. Такие передачи имеют передаточное число, равное числу зубьев на меньшей шестерне (внешнего зацепления) и направление вращения выходного вала, противоположное входному.
В ремонт же поступают ЦП с разницей чисел зубьев больше одного и выходным элементом, связанным с большей шестерней (внутреннего зацепления). Например, редуктор вспомогательного привода шаровой мельницы.
Рис. 1. Первая ступень циклоидного редуктора в разобранном состоянии
Общее передаточное число 886, двухступенчатый, модуль первой ступени — 2,5 мм, модуль второй — 3,5 мм, число зубьев шестерен первой ступени 168 и 162, второй соответственно 190 и 184, эксцентриситет первой ступени 7,5 мм, второй — 10,5 мм, высота зуба первой ступени 5 мм, второй — 7 мм. Соотношение высоты зуба и модуля отличается от эвольвентного.
Рис. 2. Первая ступень циклоидного редуктора в собранном состоянии. Вид со стороны циклоидных шестерен
Для квалифицированного освоения ЦП требуется разработка теоретической базы. Для специалистов, знакомых с устройством планетарных передач (ПП), удобно начать знакомство с циклоидальными передачами по аналогии с планетарными, тем более что некоторые авторы считают ЦП разновидностью планетарных [3, стр. 217]. Планетарными передачами называют механизм, в котором некоторые элементы совершают сложное движение, состоящее из переносного (вместе с водилом) и относительного (относительно водила) вращательных движений [4]. В этом смысле циклоидальные передачи подпадают под это определение. Общие для ЦП и ПП элементы — эпициклические шестерни внутреннего зацепления.
Рис. 3. Эпицикл первой ступени циклоидного редуктора, являющийся входным элементом второй ступени
Различия ЦП и ПП в шестернях внешнего зацепления: в ПП их две — солнце и сателлит. Солнце — это центральное зубчатое колесо, вращающееся относительно основной оси ПП. Сателлит (или группа сателлитов) — вспомогательное зубчатое колесо, установленное на подшипниках на оси, закрепленной на водиле. В ЦП шестерня внешнего зацепления одна (может быть несколько одинаковых, как групп сателлитов в ПП).Она подобна сателлиту в том, что: 1) циклоидальная шестерня ЦП совершает сложное движение: переносное вместе с эксцентриком и относительное относительно эксцентрика; 2) находится в зацеплении с эпициклом ЦП. Роль солнечной шестерни ПП в ЦП выполняет эксцентрик.
В процессе изучения ЦП установлено следующее: 1) , где ∆z — разница чисел зубьев на коронной и внутренней шестернях ЦП, e — эксцентриситет ЦП (мм), m — модуль, мм;
2) Передаточное число редуктора: а) для ЦП, в которой выходной вал соединен с эпициклом, i = , где zБ — число зубьев на эпицикле (на большей шестерне); б) для ЦП, в которой выход — это водило i = , где zм — число зубьев на малой, внутренней шестерне внешнего зацепления.
В ЦП с выходом от водила [1], контакт циклоидальной шестерни с водилом, осуществляется перекатыванием отверстия в шестерне по цевке. Первоначально, при анализе редуктора вспомогательного привода шаровой мельницы было предположено, что опора на корпус осуществляется аналогично — через контакт отверстия в циклоидальной шестерне с цевкой. Но впоследствии это предположение было отвергнуто, хотя оно видимо тоже возможно.
Рис. 4. Первая ступень циклоидного редуктора в собранном состоянии. Вид со стороны входного вала
При рассмотрении конструкции (см. рис. 1–4) установлено, что имеется две циклоидальных шестерни, работающие в противофазе. Каждая имеет подшипниковую опору не только на входном эксцентричном валу, но еще по 4 подшипниковых опоры, установленные в корпусе на эксцентриках. Что в итоге обеспечивает движение каждой точке циклоидной шестерни по окружности радиусом, равным эксцентрику.
Рис. 5. Передаточное число ЦП
в зависимости от разницы
ΔZ чисел зубьев на эпицикле
и циклоидной шестерне (при Zэ=168)
На фото рис. 4 видно:
1) все пять эксцентриков установлены согласованно (см. риски на осях эксцентриков и расположение эксцентрика в центре) и могут работать только синхронно. Таким образом, одна шестерня не может произвольно проворачиваться относительно другой на своем центральном подшипнике;
3) отверстия в шестернях сделаны для свободы расположения этих цевок, диаметр отверстий должен гарантировать зазор между неподвижными цевками и совершающими сложное движение шестернями.
4) Крутящий момент подается от приводного электродвигателя на центральный вал через шпонку, опора на корпус осуществляется через четыре подшипниковых опоры на периферии
Применение редуктора с выходом от эпицикла вместо редуктора с выходом от водила увеличивает передаточное число каждой ступени всего на 1, а в итоге передаточное число редуктора в целом увеличивается с 840 до 886.
Передаточное число ЦП зависит от числа зубьев на эпицикле и разницы чисел зубьев на эпицикле и циклоидной шестерне, как показано на рис. 5. Для подбора заданного передаточного числа необходимо после назначения возможной разницы ΔZ подобрать Zэ.
По кинематическим и силовым соотношениям данная ЦП эквивалентна планетарному механизму со спаренными сателлитами, эпициклом и солнцем [4]. Силовые соотношения имеют вид: М э =М с *к; М в =М с *(); где к=Z э /ΔZ; М э — момент на эпицикле; М с — момент на эксцентрике; М в — момент на водиле.
Коэффициент полезного действия циклоидальной передачи . В источнике [2] утверждается, что КПД циклоидального редуктора составляет 95% в одной ступени и 90% — в двух ступенях. Необходимо удостовериться в большом КПД ЦП. Если рассматривать ЦП как разновидность ПП, то КПД определяется количеством зубчатых зацеплений. Согласно [4] внутренний КПД передачи с одним внутренним зацеплением равен 0,99. Надо уточнить, что здесь учтены потери только в зубчатом зацеплении, в предположении, что все остальные потери на порядок меньше. Вопрос требует уточнения. В [3] приведена формула для расчета КПД зубчатой передачи с учетом основных всех потерь:
где ψз — потери на трение в зацеплении, ψм — потери на перемешивание масла, ψп — потери на трение в подшипниках.
Удостоверимся, что для обычного, среднестатистического внутреннего зацепления, с гораздо меньшим числом зубьев на внутренней (малой) шестерне эти же потери соразмерны с 1%, как и утверждается в [4].
, то есть 0.6%.
А для внешнего зацепления — близки к 2%:
, т о есть 1.4%
Чем меньше зубьев на меньшей шестерне — тем больше потери.
Разумно утверждать, что потери в подшипниках и на перемешивание масла одинаковы для вальных, планетарных и циклоидальных передач.
Таким образом, циклоидальная передача имеет преимущество по КПД перед всеми вальными и планетарными передачами, по причине большого количества зубьев на малой шестерне.
О крутящем моменте, передаваемом исследованным циклоидальным редуктором. Редуктор приводится во вращение электродвигателем номинальной мощностью 7,5 кВт при частоте вращения 900 об/мин, таким образом, крутящий момент на входе в редуктор — 80 Нм. На выходе ω=1 об/мин, а Мкр= 80*900=72000 Нм.
Для сравнения потребный крутящий момент на выходе бортового редуктора трактора производства можно оценить по силе тяги на ведущих колесах по 10 т на каждом борту и радиусу ведущего колеса:
Таким образом, и по крутящему моменту ЦП может быть применена в качестве бортового редуктора промышленного трактора.
Расчет и изготовление циклоидального редуктора с любым передаточным числом. Показана простая методика расчета и .
Собрал редуктор и пробую его крутить, обошлось не без приключения, пришлось разбирать и диагностировать. Осталось .
Расчет и изготовление безлюфтового циклоидального редуктора с передаточным отношением 1:24 для шагового .
Волновой редуктор увеличивает момент шуруповерта в четыре раза и меняет направления вращения в другую сторону по .
Стоит нужда в понижении оборотов до 60-90 об/мин, по этому нечего лучше в голову не пришло, как сделать самодельный .
Волновой двухступенчатый редуктор с передаточным числом 50 для шагового двигателя Nema 17. Редуктор изготовлен на .
Самодельный планетарный двухступенчатый редуктор с передаточным числом 50 для шагового двигателя Nema 17.
Циклоидальный двухступенчатый редуктор 1:20, рабочие профили которого построены с помощью программы .
Пошаговое построение эпициклоиды для циклоидального цевочного редуктора с передаточным отношением 1:9.
Читайте также: