Los conductores cicloides son una herramienta fundamental en la industria automotriz y de transporte. En este artículo, exploraremos en profundidad qué es un conductor cicloide, cómo se diseña y se imprime en 3D, así como las pruebas a las que es sometido para garantizar su correcto funcionamiento. ¡Acompáñanos en este fascinante viaje por la tecnología de vanguardia!
En este tutorial aprenderemos qué es una unidad cicloide y cómo funciona. También explica cómo diseñar nuestro propio modelo e imprimir uno en 3D para que podamos verlo en la vida real y entender mejor cómo funciona.
Puede ver el vídeo a continuación o leer el tutorial escrito a continuación.
¿Qué es una unidad cicloide?
Una caja de cambios cicloidal es un tipo único de reductor de velocidad que ofrece una relación de reducción muy alta en un diseño compacto pero robusto. En comparación con las cajas de cambios tradicionales, como los engranajes rectos y las cajas de cambios planetarias, puede lograr relaciones de reducción mucho más altas, hasta 10 veces en la misma área o etapa. Además, se caracteriza por un dentado prácticamente sin juego, una mayor capacidad de carga, rigidez y una alta eficiencia de hasta el 90%. Estas características hacen que las cajas de engranajes cicloidales sean adecuadas para muchas aplicaciones donde la precisión y el rendimiento del posicionamiento son importantes, como por ejemplo: B. Robots, máquinas herramienta, plantas de fabricación, etc.
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Si observa de cerca, puede ver que el cojinete excéntrico en realidad presiona el disco cicloide contra los rodillos de la rueda anular.
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Generalmente, hay un lóbulo cicloidal menos en el disco que el número de pasadores en la carcasa de la corona. Esto da como resultado que el disco cicloide solo se mueva la distancia de un lóbulo durante una revolución completa del cojinete excéntrico. De esto podemos ver que la relación de reducción depende únicamente del número de pasadores en la corona.
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La rotación reducida se transmite a los pasadores del eje de salida a través de los orificios de los discos cicloidales.
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El nombre de unidad cicloide proviene del perfil del disco, que a su vez proviene de una cicloide. Pero hablaremos más de eso en la siguiente sección del vídeo, donde diseñamos nuestro propio propulsor cicloide.
Cómo diseñar una unidad cicloide
Ahora que sabemos cómo funciona un engranaje cicloidal, podemos pasar a construir nuestro propio modelo, que luego podremos imprimir en 3D. Si intentamos imprimir en 3D este ejemplo de demostración, podría funcionar, pero fallaría rápidamente porque el material de impresión 3D no es lo suficientemente fuerte para soportar las fuerzas y la fricción que se producen en la caja de cambios.
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Teniendo esto en cuenta, desarrollé el accionamiento cicloide, que utiliza rodamientos de bolas para los rodillos.
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Unidad cicloide de bricolaje modelo 3d
Aquí está la unidad cicloide que diseñé con SOLIDWORKS que utiliza rodamientos de bolas para los rodillos.
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Sin embargo, puedes buscar y descargar este modelo 3D como un archivo STEP y explorarlo en tu navegador en Thangs:
Puede>Descargar el archivo STEP del modelo 3D de Thangs.
Gracias, gracias, por apoyar este tutorial.
Puede descargar los archivos STL utilizados para imprimir las piezas en 3D aquí:
Proyecto relacionado
¿Qué es un Strain Wave Gear, también llamado Harmonic Drive? ¿¡Una caja de cambios perfecta para aplicaciones de robots!?
Diseño
Primero, determiné que quería una relación de reducción de 15:1 para esta caja de cambios, lo que significa que necesitaría 16 ruedas dentadas. Entonces dibujé un boceto en SOLIDWORKS con 16 rodillos alrededor de un círculo.
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Ahora que tenemos los cuatro parámetros de entrada principales, podemos dibujar la forma o perfil del disco cicloide. Como ya se mencionó, el perfil del disco proviene de uno Cicloideuna curva descrita por un punto en un círculo mientras rueda a lo largo de una línea recta sin deslizarse, o su variación, una epicicloide que se cubre al rodar sobre la circunferencia de un círculo.
Hay>epitrocoidesdonde el punto de muestreo está a cierta distancia del centro del círculo exterior, y en esto se basa realmente el perfil del disco cicloide.
Para dibujar dicha curva, podemos usar aquí estas ecuaciones paramétricas, pero también hay otros parámetros que deben incluirse en ellas, como el diámetro del rodillo y la excentricidad. Eso complica un poco las cosas, pero por suerte hubo uno genial. Documento de Omar Younis para el blog educativo de SOLIDWORKSdonde combina todos estos parámetros en ecuaciones de parámetros únicos X e Y.
Aquí>
N - Number of rollers
Rr - Radius of the roller
R - Radius of the rollers PCD (Pitch Circle Diamater)
E - Eccentricity - offset from input shaft to a cycloidal disk
x = (R*cos
y = (-R*sin
===================
Values for this DIY Cycloidal Drive:
N = 16
Rr = 6.5
R = 45
E = 1.5
x = (45*cos
y = (-45*sin
Code language: Arduino (arduino)Ahora, para generar el perfil, simplemente podemos usar la herramienta Curva impulsada por ecuaciones de SOLIDWORKS, insertar las dos ecuaciones en consecuencia y generar el perfil del disco cicloide. Para los parámetros de entrada, por supuesto, debemos ingresar nuestros valores.
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Ahora que hemos definido los parámetros principales de nuestra unidad cicloide, solo necesitamos encontrar una solución técnica sobre cómo se conectará todo. Como no utilizamos material de impresión 3D tan resistente, diseñé los ejes de los rodillos para que se sostengan en ambos lados, así como los ejes de entrada y salida.
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Para resumir cómo funciona esta caja de cambios, la potencia de entrada del motor se transfiere al eje de entrada excéntrico, que impulsa los discos cicloidales alrededor del anillo de engranaje.
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Impresión 3d
Al imprimir las piezas en 3D, es importante utilizar la función de expansión de orificios horizontales en su software de corte.
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Montaje del engranaje cicloide
Aquí están todas las piezas impresas en 3D, así como los rodamientos y tornillos necesarios para montar la unidad cicloide.
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- Rodamiento de bolas 6x13x5mm 686-2RS – x44 …….. Amazonas / AliExpress
- Rodamiento de bolas 15x24x5 6802-2RS – x4 ………….. Amazonas / AliExpress
- Rodamiento de bolas 35x47x7 6807-2RS – x2 ………….. Amazonas / AliExpress
- Varilla de acero de 6 x 35 mm …………………………………….. Amazonas / AliExpress
- Insertos roscados …………………………………………. Amazonas / AliExpress
- Tornillos M3 y M4 de su ferretería local. Incluiré una lista completa de los tornillos necesarios para este proyecto en unos días.
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Empecé insertando los pasadores del engranaje en la carcasa. Estos pasadores acomodan los rodillos o cojinetes de la rueda dentada, pero solo tienen 6 mm de diámetro. No estaba seguro de si eran lo suficientemente fuertes como para no romperse bajo el peso del disco cicloide.
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Una vez que tengamos todos los pasadores en su lugar, podemos insertar los rodamientos en este orden: un espaciador de 7 mm, un cojinete, luego un espaciador de 3 mm, un cojinete y otro espaciador de 7 mm.
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A continuación podemos montar el eje de entrada, que consta de cuatro tramos. En cada tramo necesitamos colocar un rodamiento y unos espaciadores, y debido a la excentricidad sólo podemos hacerlo si el eje se fabrica por tramos.
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Así es como se suponía que debía verse el eje una vez ensamblado, pero en realidad también tuve que colocar los discos cicloides porque ya no podía hacerlo. Así que lo desarmé y lo volví a montar con la arandela puesta.
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Probando el engranaje cicloidal
Ahora conectemos un motor de todos modos y veamos cómo funciona. Agregué algunos insertos roscados más en la parte posterior del eje de entrada para que podamos conectar fácilmente diferentes acoplamientos de eje.
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Pude ejecutar la transmisión sin el capó delantero, por lo que podemos ver todo lo explicado anteriormente en acción.
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Finalmente, realicé algunas pruebas para comprobar el rendimiento de la transmisión. Otra cosa a tener en cuenta es que esta unidad cicloide también se puede conducir hacia atrás, lo que puede ser una buena característica para algunas aplicaciones.
Así que aquí estoy midiendo la fuerza que este engranaje puede producir a una distancia de 10 cm. Obtuve un valor de aproximadamente 26 N, lo que traducido a un par es de aproximadamente 260 Ncm, y este motor paso a paso NEMA 17, que tiene solo 34 mm de largo, tiene una potencia nominal de 26 Ncm.
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También realicé algunas pruebas de precisión que también arrojaron buenos resultados.
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Espero que hayas disfrutado este video y hayas aprendido algo nuevo. Si tiene alguna pregunta, no dude en hacerla en la sección de comentarios a continuación.
¿Qué es un conductor cicloide? Diseño, impresión 3D y pruebas
En este tutorial aprenderemos qué es un conductor cicloide, cómo funciona, explicaremos cómo diseñar nuestro propio modelo e imprimirlo en 3D para poder verlo en vivo y entender mejor cómo funciona. Puedes ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.
¿Qué es un Conductor Cicloide?
Un conductor cicloide es un tipo único de reductor de velocidad que proporciona una relación de reducción muy alta con un diseño compacto pero robusto. En comparación con los engranajes convencionales, como los de cilindro y planetarios, puede lograr relaciones de reducción mucho más altas de hasta 10 veces en el mismo espacio o etapa. Además, cuenta con prácticamente cero retroceso, mayor capacidad de carga, rigidez y alta eficiencia de hasta un 90%. Estas propiedades hacen que los conductores cicloide sean adecuados para muchas aplicaciones donde la precisión de posicionamiento y el rendimiento son importantes, como la robótica, las herramientas de máquinas, equipos de fabricación, etc.
¿Cómo Funciona un Conductor Cicloide?
Un conductor cicloide está compuesto por cinco componentes principales: un eje de entrada de alta velocidad, un rodamiento excéntrico o leva cicloidal, dos discos cicloidal o seguidores de levas, un engranaje anular con clavijas y rodillos, y un eje de salida de baja velocidad con clavijas y rodillos.
El eje de entrada impulsa al rodamiento excéntrico, y este a su vez impulsa los discos cíclicos alrededor de la circunferencia interna de la carcasa del engranaje anular. El movimiento excéntrico hace que los dientes o lóbulos de los discos cíclicos se enganchen con los rodillos de la carcasa del engranaje de tal manera que producen una rotación inversa a una velocidad reducida.
Hay dos discos cíclicos, colocados 180 grados fuera de fase para compensar las fuerzas desequilibradas causadas por el movimiento excéntrico y proporcionar un funcionamiento más suave a velocidades más altas.
Cómo Diseñar un Conductor Cicloide
Para diseñar un conductor cicloide, hay cuatro parámetros de entrada principales que definen su tamaño y forma de los discos cíclicos, y son el radio del engranaje anular, el radio de sus rodillos, la cantidad de estos rodillos y la excentricidad.
Modelo 3D de Conductor Cicloide DIY
El conductor cicloide que diseñé utiliza rodamientos de bolas para los rodillos. Puedes descargar el archivo .STEP del modelo 3D y los archivos STL para la impresión 3D.
Una vez impresas las piezas, es importante usar la función de Expansión Horizontal de Agujeros en tu software de corte. Luego, puedes ensamblar el conductor cicloide con los rodamientos y tornillos necesarios.
Finalmente, conecta un motor al conductor cicloide y verifica su funcionamiento. Puedes hacer pruebas de fuerza y precisión para evaluar su rendimiento.
Este tipo de caja de engranajes es ideal para proyectos robóticos. ¡Espero que hayas disfrutado de este tutorial y hayas aprendido algo nuevo!
¡Interesante contenido! Me encantaría aprender más sobre el diseño y la impresión 3D de un conductor cicloide. ¡Muy creativo!