Циклоидальная передача

Циклоида́льная переда́ча, или циклоидальный реду́ктор, или планетарно-цéвочный реду́ктор — механизм, понижающий частоту вращения, и имеющий фиксированное передаточное отношение. Циклоидальные редукторы при своей компактности имеют большие передаточные отношения .

Ведущий вал приводит в движение эксцентриковый вал с подшипником, который, в свою очередь, сообщает циклоидальной пластине эксцентрическое, циклоидальное движение. По окружности на некотором расстоянии от центра пластины расположены круглые отверстия. В эти отверстия вставлены шпильки или ролики, закреплённые на ниже расположенном диске. Посредством стержней и диска вращение передаётся выходному валу. При этом радиальные перемещения циклоидальной пластины не передаются выходному валу.

Теория

Описание сост. частей циклоидального редуктора.

Входной (ведущий) вал прикреплён эксцентрично к шарикоподшипнику, принуждая циклоидальную пластину вращаться по окружности. Циклоидальная пластина независимо вращается вокруг подшипника. Её вращение происходит за счёт того, что впадины по периметру пластины входят в зацепление с неподвижными выступами («зубьями») на внешнем кольце. Направление вращения выходного (ведомого) вала противоположно направлению вращения входного (ведущего) вала. Движение деталей в циклоидальной передаче подобно движению, имеющему место в планетарной передаче.

Количество выступов на внешнем кольце больше количества выступов на циклоидальной пластине. Это вынуждает пластину вращаться относительно входного вала быстрее по сравнению с тем, каким бы было её движение относительно входного вала при отсутствии внешнего кольца. За счёт этой «увеличенной» скорости вращения циклоидальной пластины, выходной вал получает вращение в сторону, противоположную направлению вращения входного вала.

Циклоидальная пластина имеет отверстия, которые немного больше вставленных в них роликов. Ролики в отверстиях движутся по окружности, и таким образом выходной вал получает относительно равномерное вращательное движение от качающегося движения циклоидальной пластины.

Передаточное отношение циклоидального редуктора определяется по следующей формуле:

[math]\displaystyle{ i = \frac{P - L}{L} }[/math]

где [math]\displaystyle{ P }[/math] — количество выступов на внешнем коронном кольце,

[math]\displaystyle{ L }[/math] — количество выступов на циклоидальной пластине.

КПД одноступенчатой циклоидальной передачи составляет 95 %, а двухступенчатой — 90 %. При этом, передаточное отношение одноступенчатого циклоидального редуктора достигает значения 119:1, двухступенчатого — 7569:1, трёхступенчатого — до 1 000 000:1.

Существуют различные схемы циклоидальных передач, вместо шарикоподшипника может использоваться роликоподшипник, имеющий большую несущую способность, а вместо одного эксцентрика могут быть использованы 2 или 3 эксцентрика, расположенные на периферии, в этом случае вращение эксцентрикам сообщают отдельные зубчатые колеса, введенные в зацепление с входным валом. Такая схема дает большую жесткость всей передаче, а также позволяет реализовывать ещё более высокие передаточные отношения. Такие редукторы используются в высокоточных приводах станков и автоматов.

Достоинства и недостатки

К достоинствам цевочных передач относят:

• компактность при высокой нагрузочной способности;
• широкий диапазон передаточных чисел в одной ступени (3...191) - особенно ценным является достижение высоких передаточных чисел в одной ступени - чем достигается выигрыш в массогабаритных показателях и КПД (до 0,95) в сравнении с другими конструкциями;
• высокая надежность и повышенный ресурс (до 50 000 ч);
• плавность хода и низкий уровень шума;
• высокая кинематическая точность.

К недостаткам относят:

• высокие требования к точности изготовления;
• высокая стоимость передачи по сравнению со стоимостью передач других типов (следствие из высоких требований точности и больших нагрузок подшипников);
• эксцентриситет, изначально заложенный в идею механизма, приводящий к необходимости балансировки для устранения биения вала. Обычно проблему решают добавлением второго циклоидального диска, повётнутого по оси вращения на 180° относительно первого. Это значительно снижает проблему балансировки.

См. также

• Планетарная передача
• Волновая передача

Ссылки

• Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL)
  Фото и видео сотен работающих моделей механических систем.
• e-book library Классические тексты для инженеров-механиков (на английском языке)
• Циклоидальные редукторы
• Cogulator – Демонстрация циклоидальной передачи в движении на YouTube