Vergelijking van harmonische en cyclooïdale aandrijvingen:koppel, nauwkeurigheid en duurzaamheid

In dit artikel zullen we ontdekken wat beter is:een 3D-geprinte harmonische aandrijving of een 3D-geprinte cycloïdale aandrijving. Hier heb ik deze twee versnellingsbakken die ik heb gemaakt en die dezelfde maat en reductieverhouding van 25:1 hebben. Ik zal ze in verschillende categorieën vergelijken, hun efficiëntie of koppel meten, hun nauwkeurigheid of speling meten en zien hoe duurzaam ze zijn.

Je kunt de volgende video bekijken of de schriftelijke tutorial hieronder lezen.

Ik zal uitleggen hoe ik ze allebei heb ontworpen en in elkaar gezet, en ik zal je enkele nuttige tips en trucs geven voor het 3D-printen ervan, je laten zien wat er mis kan gaan en wat we kunnen verbeteren om ze beter te krijgen, dingen die ik heb geleerd tijdens het maken van een aantal hiervan.

Eigenlijk is dit mijn vierde video over deze versnellingsbakken, en waarom is dat zo? Welnu, deze versnellingsbakken zijn een goede keuze voor robotica-toepassingen en in toekomstige video's ben ik van plan een aantal robots te maken die dit type versnellingsbakken zullen gebruiken. 

Overzicht van de werkingsprincipes

Ik heb al speciale video's op mijn kanaal waarin in detail wordt uitgelegd wat harmonische aandrijving en cycloïdale aandrijving zijn en hoe ze werken, en hoe ik ze moet ontwerpen. Ik raad dus aan om die tutorials te bekijken voor meer details.

Heel snel, zowel de harmonische als de cycloïdale aandrijving zijn unieke typen versnellingsbakken, of snelheidsreductoren die een zeer hoge reductieverhouding bieden met een compact maar robuust ontwerp. Hun werkingsprincipe is ongeveer hetzelfde, waarbij hun ingaande as een niet-regelmatig vormdeel aandrijft, een golfgenerator in het geval van de harmonische aandrijving, en een excentrisch lager in het geval van de cycloïdale aandrijving.

Vervolgens kunnen ze, met behulp van enkele meer unieke onderdelen die elke versnellingsbak heeft, vermogen genereren met aanzienlijk lagere snelheden in een zeer kleine ruimte. 

De reductieverhouding van de harmonische aandrijving is altijd de helft van het aantal flex-spline-tanden. Als we een reductieverhouding van 25:1 willen, hebben we 50 tanden nodig op de flexibele spiebaan en 52 tanden op de cirkelvormige spiebaan.

Aan de andere kant is de reductieverhouding van de cycloïde aandrijving altijd één minder dan het aantal pinnen op het ringwiel, of voor een reductieverhouding van 25:1 hebben we 26 pinnen op het ringwiel nodig. 

Nogmaals, zoals ik al zei, kun je mijn speciale video's bekijken voor gedetailleerde uitleg over hoe deze schijven werken.

Ontwerpen

Oké, dus laat me je nu laten zien hoe ik de twee versnellingsbakken voor deze video heb ontworpen.

Mijn doel was dus om ze even groot te maken en dezelfde verkleiningsverhouding te hebben, zodat ik ze gemakkelijk met elkaar kan vergelijken. Ik wilde een reductieverhouding van 25:1 hebben en de versnellingsbakken zo klein mogelijk maken.

Cycloïdaal aandrijfontwerp

De basis en eerste invoerparameter bij het ontwerpen van deze versnellingsbakken was de maat van de pennen die ik had voor de rollen voor het cycloïde aandrijftandwiel. Ik had 6 mm-pinnen en ik was van plan ze in 8 mm-bussen te plaatsen om een ​​soepelere werking te krijgen. Dus ik teken een schets met 26 rollen en bussen met een diameter van 8 mm.

Volgens deze twee invoerparameters zou ik nu de minimale grootte van de steekdiameter van het ringwiel kunnen definiëren, die uiteindelijk de grootte van de versnellingsbak definieert. De behuizingsdiameter moest 95 mm zijn om op alle 26 bussen te passen en voldoende wanddikte te hebben voor enkele M4-bouten voor het monteren van de hele versnellingsbak. 

Voor het genereren van de cycloïdale schijfvorm hebben we nog een invoerparameter nodig en dat is de excentriciteitswaarde die kleiner moet zijn dan de helft van de pindiameter.

Om de unieke vorm van de schijf te tekenen, kunnen we de volgende parametrische vergelijkingen gebruiken die te vinden zijn in een document geschreven door Omar Younis voor de SOLIDWORKS-educatieblog.

Nu zal ik je laten zien hoe ik deze parametrische vergelijkingen heb gebruikt voor het maken van cycloïdale schijven met behulp van SOLIDWORKS en de Equation Driven Curve-tool.

— Gesponsorde sectie —

"Het is vermeldenswaard dat deze toonaangevende en professionele ontwerptools nu beschikbaar zijn voor alle makers tegen een opmerkelijk lage prijs van slechts $ 99 per jaar of $ 9,99 per maand. Dat klopt, 3D ERVAAR SOLIDWORKS for Makers is geweldig voor iedereen die het vak leert, doe-het-zelf-projecten maakt en meer.

Deze aanbieding omvat 3D ERVAAR SOLIDWORKS Professional, de meest gevraagde CAD-tool binnen het aanbod en draait lokaal op uw PC. Bestanden kun je lokaal of in de cloud opslaan met 3D EXPERIENCE-platform.

“xDesign”, browsergebaseerde CAD, u kunt het gebruiken met 3D ERVAAR SOLIDWORKS, of op zichzelf. Het is geweldig om overal, altijd en op elk apparaat te modelleren. 

“xShape”, browsergebaseerde freeform CAD die eenvoudig te gebruiken is voor oppervlaktemodellering op elk apparaat.

Met 'Visualize Connected' kunt u eenvoudig afbeeldingen, animaties, interactieve webinhoud en meer van fotokwaliteit maken om indruk te maken op uw publiek.

“NC Shop Floor Programmer”, CAM voor intelligente bewerkingsstrategieën voor 3-assig frezen en draadvonken in een eenvoudig te gebruiken pakket. 

Klik op de onderstaande link en je krijgt een speciale korting van 20%, zodat je vandaag nog kunt beginnen met het maken van het beste! Grote dank aan SOLIDWORKS voor het sponsoren en ondersteunen van educatieve inhoud als deze. ” 

Koop nu: http://www.solidworks.com/makers20

Meer informatie: https://discover.solidworks.com/3dervaring-solidworks-makers

— Terug naar onderwerp —

Terug naar het onderwerp:we kunnen eenvoudig de cycloïdale schijfvorm genereren door de twee parametervergelijkingen op hun plaats in te voegen. Natuurlijk moeten we onze parameters op de juiste manier in de vergelijkingen gebruiken.

Hier zijn de vergelijkingen:

Equations by Omar Younis
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(t))-(Rr*cos(t+arctan(sin((1-N)*t)/((R/(E*N))-cos((1-N)*t)))))-(E*cos(N*t))
y = (-R*sin(t))+(Rr*sin(t+arctan(sin((1-N)*t)/((R/(E*N))-cos((1-N)*t)))))+(E*sin(N*t))
i = 25:1
N - 26
Rr = 6/2 = 3
R= 72/2 = 36
E = 0.75
x = (36*cos(t))-(3*cos(t+arctan(sin((1-26)*t)/((36/(0.75*26))-cos((1-26)*t)))))-(0.75*cos(26*t))
y = (-36*sin(t))+(3*sin(t+arctan(sin((1-26)*t)/((36/(0.75*26))-cos((1-26)*t)))))+(0.75*sin(26*t))Code language: JavaScript (javascript)

Wat de “t”-parameters betreft, moeten we de waarde van 0 tot 2*Pi gebruiken. We moeten er echter rekening mee houden dat we een iets kleinere waarde dan 2*Pi moeten gebruiken om de curve te kunnen genereren. Dit zal de curve genereren met een kleine opening die dan gemakkelijk kan worden verbonden met een spline.

Vervolgens kunnen we eenvoudig het profiel extruderen, en de gaten maken voor het excentrische lager en de uitgangspennen. De diameter van deze uitvoergaten is gelijk aan de diameter van de pinrollen + twee maal de excentriciteit. In dit geval is dat 8 +0,75*2 =9,5 mm diameter. 

De cycloïdale schijf, samen met het excentrische lager en de tandkransrollen, zijn dus de belangrijkste onderdelen van de versnellingsbak, en de rest van de onderdelen zijn daaromheen ontworpen.

Het ontwerp van de versnellingsbak hangt van veel factoren af, zoals het motortype, hoe we de ingaande as willen aandrijven, met welke lagers we kunnen werken, de toepassing van de versnellingsbak zelf enzovoort. 

Harmonisch aandrijfontwerp

Laten we desalniettemin nu eens kijken naar de harmonische aandrijving. Zoals ik al zei, was het de bedoeling dat beide versnellingsbakken dezelfde maat zouden krijgen, wat ik kon krijgen in termen van de diameter van de versnellingsbak, maar de lengte moest iets langer zijn om plaats te bieden aan de flexibele spiebaan.

Hier hebben we de flexibele spline, een zeer uniek onderdeel omdat deze flexibel moet zijn aan het open uiteinde, maar stijf aan de onderkant of aan de uitgang.

Als we proberen de cup korter te maken om overeen te komen met de lengteafmetingen van de cycloïdale versnellingsbak, zal deze niet goed werken omdat we PLA-materiaal gebruiken dat niet genoeg flexibiliteit heeft en de tinwand gemakkelijk zou breken.  

Voor het ontwerpen van de flex-spline heb ik de SOLIDWORKS Toolbox gebruikt om een tandwiel met 50 tanden te genereren. Ik koos voor een module van 1,5, wat me een afmeting gaf die geschikt was om te passen bij de cycloïdale versnellingsbak. Ik heb het opgeslagen als een afzonderlijk onderdeelbestand en ben toen begonnen met het aanpassen ervan. Ik heb de wand van de cup 1,25 mm gemaakt en de totale lengte van de cup 30 mm.

Wat de cirkelvormige spline betreft, heb ik dezelfde methode gebruikt. Met de SOLIDWORKS Toolbox heb ik dit keer een intern tandwiel met 52 tanden gegenereerd en deze vervolgens aangepast aan de rest van mijn versnellingsbakontwerp. Ik heb een kleine ruimte van 0,1 mm in het tandwiel gemaakt om er zeker van te zijn dat de tandwielen in elkaar grijpen, omdat het een beetje moeilijk is om zeer nauwkeurige 3D-geprinte onderdelen te krijgen. 

Vervolgens teken ik voor het derde belangrijke onderdeel van de harmonische aandrijving, de golfgenerator, een ellips waarvan de hoofdas 3,2 mm groter is dan de binnenwanddiameter van de flexibele spline, en de secundaire as 3,2 mm kleiner.

Volgens deze ellips heb ik 3 lagers aan elke kant van de hoofdas geplaatst om een soepelere vervorming van de flexibele spiebaan te bereiken. Bij in de handel verkrijgbare harmonische aandrijvingen gebruiken ze hier een speciaal flexibel kogellager, maar deze zijn duur en moeilijk te vinden.

De rest van de harmonische aandrijving is ontworpen volgens deze drie belangrijke componenten.

3D-model en STL-bestanden downloaden

Hieronder kunt u de 3D-modellen van deze harmonische en cycloïdale aandrijvingen downloaden, evenals de STL-bestanden die nodig zijn voor de productie:

SOLIDWORKS-bestanden:

STL-bestanden:

3D-printen

Om bij het 3D-printen nauwkeurige afmetingen van de onderdelen te krijgen, moeten we de juiste instellingen in onze slicingsoftware hebben. De belangrijkste instellingen voor het verkrijgen van dimensionaal nauwkeurige afdrukken zijn de instellingen voor Horizontale expansie en Horizontale expansie van gaten.

Als we deze instellingen standaard laten staan, zijn zowel de buitenafmetingen als de gaten van de print meestal kleiner dan die van het originele model. Ik heb de horizontale uitzetting ingesteld op 0,02 mm en de horizontale uitzetting van het gat op 0,04 mm. Natuurlijk moet u enkele testafdrukken maken om te zien welke waarden u de beste resultaten opleveren op uw 3D-printer. 

Voor sommige onderdelen heb ik echter verschillende waarden voor deze instellingen gebruikt. Voor de flex-spline en de cycloïdale schijven heb ik bijvoorbeeld een waarde van –0,01 en –0,02 mm gebruikt voor de instelling Horizontale expansie. Op deze manier zijn we er zeker van dat de print zeker kleiner zal zijn dan het origineel, omdat deze onderdelen een speling moeten hebben om te kunnen bewegen.

Montage 

Oké, dus hier heb ik alle onderdelen klaar en ben ik verder gegaan met het monteren van de versnellingsbakken.

Om deze video niet te overbelasten, zal ik je iets sneller dan normaal door het montageproces leiden. Ik zal alleen de belangrijke aspecten ervan benadrukken.

Cycloïdale aandrijfeenheid

Hier is een lijst met alle componenten die nodig zijn voor het monteren van de cycloïde aandrijving:

• 6 mm stalen cilinderstang …………………..…. Amazon  / AliExpress
  L=30 mm x 26 stuks; L=22 mm x 6 stuks voor één schijf
• 8 mm bussen …………………………………. Amazon  / AliExpress
  L=20 mm x 26 stuks; L=15 mm x 6 stuks voor één schijf
• Kogellager 35x47x7mm 6807 – x2 …… Amazone  / AliExpress
• Kogellager 17x26x5mm 6803 x2 ……… Amazon / AliExpress
• Kogellager 15x24x5mm 6802 – x2 ….. Amazon  / AliExpress
• Inzetstukken met schroefdraad M4x5mm ………….……. Amazone  / AliExpress
• M3 en M4 bouten en moeren ………………….. Amazon  / AliExpress
  Lijst met bouten:M3x8mm – 8 stuks, M3x25mm – 3 stuks; M4x10mm – 4 stuks; M4x35mm – 6 stuks

Openbaarmaking:dit zijn affiliatielinks. Als Amazon Associate verdien ik aan in aanmerking komende aankopen.

Bij het monteren van de cycloïdale aandrijving is het allerbelangrijkste om ervoor te zorgen dat we de twee cycloïdale schijven 180 graden uit fase plaatsen. 

Ik heb een klein gaatje in de schijven gemaakt, wat ons daarbij kan helpen. We moeten de gaten 180 graden uit elkaar plaatsen, of als we de schijven omdraaien, kunnen we gewoon twee gaten uitlijnen en dat zorgt ervoor dat we 180 graden uit fase komen.  

Zo zien twee cycloïde schijven in combinatie met de uitgaande as er in gemonteerde toestand uit.

Op de excentrische as kunnen we elke ingaande askoppeling bevestigen en vastzetten met behulp van drie M3-bouten. In dit geval heb ik er één geplaatst voor een NEMA 17 stappenmotor.

We kunnen hier echter wel opmerken dat het bevestigen van deze bouten een beetje rommelig kan zijn, omdat de gaten in het excentrische lager klein zijn, zodat de bouten er een schroefdraad in kunnen maken en goed aansluiten om speling vanaf hier te voorkomen. Het is waarschijnlijk niet de beste oplossing, maar het zal werken. 

Zodra we dit subsamenstel in de versnellingsbak plaatsen, kunnen we de magie van de cycloïde aandrijving zien en zien hoe deze werkt.

Op dit moment lijkt het erop dat het vrij soepel werkt. 

Wanneer we het deksel op zijn plaats plaatsen, moeten we ervoor zorgen dat we de bussen uitlijnen met de pinnen en met de zes gaten die worden gebruikt om ze op hun plaats te bevestigen.

Tenslotte kunnen we met behulp van deze montagebeugel de NEMA17 stepper bevestigen. Uiteraard kunnen we de ingaande askoppeling en de montagebeugel aanpassen zodat deze op elke andere motor passen.

En hier is het. Hoe soepel het werkt, kun je in de video bekijken. De uitgaande as draait 25 keer langzamer dan de ingaande as in de tegenovergestelde richting.

Harmonische aandrijfeenheid

Oké, dus het volgende is de harmonische aandrijving. De harmonische aandrijving is iets sneller omdat deze minder onderdelen bevat vergeleken met de cycloïde aandrijving.

Hier is een lijst met alle componenten die nodig zijn voor het monteren van de cycloïde aandrijving:

• Kogellager 35x47x7mm 6807 – x1 …… Amazone  / AliExpress
• Kogellager 15x24x5mm 6802 – x1 ….. Amazon  / AliExpress
• Kogellager 12x21x5mm 6802 – x1 ….. Amazon  / AliExpress
• Inzetstukken met schroefdraad M4x5mm ………….……. Amazone  / AliExpress
• M3 en M4 bouten en moeren ………………….. Amazon  / AliExpress
  Lijst met bouten:wordt binnenkort bijgewerkt.

Openbaarmaking:dit zijn affiliatielinks. Als Amazon Associate verdien ik aan in aanmerking komende aankopen.

De uitgaande as is bevestigd aan de flexibele spie, die vervolgens in de cirkelvormige spie wordt gestoken.

De golfgenerator bestaat uit twee delen die aan elkaar moeten worden bevestigd met vier M3-bouten. Ik heb het zo ontworpen dat het aan beide zijden van de versnellingsbak wordt ondersteund met lagers.

De golfgeneratorlagers die aan de binnenkant rollen en de flex-spline vervormen, hebben een binnendiameter van 6 mm en een buitendiameter van 13 mm. Ik heb ze op hun plaats vastgezet met behulp van enkele M3 verzonken bouten en M4 ringen. De reden daarvoor is om zoveel mogelijk ruimte te besparen. 

Daarna heb ik de golfgenerator met een beetje knijpen in de flex-spline gestoken.

Eigenlijk is het veel eenvoudiger om eerst de golfgenerator in de flex-spline te plaatsen, en dan die twee in de cirkelvormige spline. Op dit punt kunnen we zien hoe het werkt door de golfgenerator met de hand te bewegen, hoewel we kunnen opmerken dat de beweging een beetje schokkerig is en we zullen later zien waarom.  

Ik heb wat smering op de tandwielen aangebracht, wat de beweging een beetje verbeterde.

Het versnellingsbakhuis wordt gecompleteerd door het deksel aan de achterkant te plaatsen en vast te zetten met zes M4-bouten. Dan hoeven we alleen maar de ingaande askoppeling te bevestigen die we willen, en in dit geval is dat weer voor een NEMA 17 stappenmotor.

Als laatste heb ik de NEMA 17 stappenmotor met de montagebeugel bevestigd en vastgezet, en daarmee was de harmonische aandrijving voltooid.

Dus hier is het:de uitgaande as draait 25 keer langzamer dan de ingaande as in de tegenovergestelde richting, maar vergeleken met de cycloïde schijf lijkt de beweging niet zo soepel te zijn.

Problemen oplossen

Vergeleken met de cycloïdale schijf lijkt de beweging van de harmonische aandrijving niet zo soepel te zijn. Daar zijn eigenlijk verschillende redenen voor en nu zal ik je ze laten zien. De eerste reden is dat de flex-spline al gebroken was.

De bekerwand is net te vertind om die hoeveelheid vervorming te weerstaan. Het probleem hierbij is niet alleen dat de wand te tin is, maar ook dat de cup te klein is om dat soort vervormingen te accepteren. Als de cup iets groter was, wat het geval was in het ontwerp van mijn andere harmonische aandrijfvideo, zou hij veel beter elastisch kunnen vervormen.

De lengte van de flex-spline is nog belangrijker om betere resultaten te krijgen. Hier probeerde ik echter de twee versnellingsbakken dezelfde maat te geven, dus ik bleef proberen het zo te laten werken. 

Ik heb geprobeerd het in 3D te printen met een ander filament en deze keer met een grotere wanddikte van 3 lijnen, maar het mislukte opnieuw snel. 

Het tweede probleem was dat de golfgenerator geen goed contact maakte met de flexibele spline. We kunnen hier zien hoe het bovenste lager de flex-spline helemaal niet raakt, alleen de twee andere maakten contact.

Dus heb ik de golfgenerator aangepast zodat deze slechts één peiling heeft en dat verbeterde de beweging.

Een ander ding dat problemen veroorzaakte, was dat het binnenoppervlak van de flexibele spiebaan, waar het lager in contact was, niet zo glad was. Dat komt door de tinwand, en omdat bij het 3D-printen slechts één muurlijn achter de tanden van de flex-spline liep, en daardoor was het oppervlak niet glad.

Door bij het 3D-printen de wanddikte te vergroten om plaats te bieden aan nog een wandlijn, werd het oppervlak veel gladder. Dus hier gebruik ik een wanddikte van 4 lijnen of 1,6 mm dikte en de beweging is verbeterd. 

Er was echter nog een probleem. In mijn slicingsoftware gebruikte ik voor de Z Seam Alignment "User Specified", wat betekende dat het startpunt van elk pad zich op dezelfde locatie bevond en dat ervoor zorgde dat het onderdeel nog een opvallende bobbel op het oppervlak had.

Om dit te voorkomen heb ik de Z Seam Alignment op “Random” gezet en kreeg ik weer een gladder oppervlak en betere beweging.

Harmonisch versus cyclooïdaal – vergelijking

Oké, laten we nu eens kijken hoe de twee versnellingsbakken zich tot elkaar verhouden, in termen van nauwkeurigheid, efficiëntie en duurzaamheid. 

Tegenslag

Hier bevindt zich aan de linkerkant de harmonische aandrijving en aan de rechterkant de cycloïdale aandrijving. De herhaalbaarheid van de cycloïde aandrijving is redelijk goed, maar zodra we een belasting uitoefenen, kunnen we de speling zien die deze heeft.

Op een afstand van 15 cm, met uitgeoefende kracht in beide richtingen, was er ongeveer 6,5 mm speling. 

Aan de andere kant had de harmonische aandrijving dezelfde goede herhaalbaarheid als de cycloïdale aandrijving. Wanneer er echter kracht werd uitgeoefend in beide richtingen, vertoonde het een grotere speling, met een speling van 8 mm op een afstand van 15 cm.

Als we de speling in stilstaande positie en met slechts een kleine hoeveelheid kracht observeren, liet de harmonische aandrijving betere resultaten zien. Hier voelde het alsof er helemaal geen terugslag was, omdat zelfs bij de geringste aanraking de uitvoer enige weerstand opleverde. Aan de andere kant was dit bij de cycloïdale aandrijving ongeveer 2 mm volledig vrije speling van de uitvoer op dezelfde afstand van 15 cm.  

Wanneer echter een beetje meer kracht werd uitgeoefend, vertoonde de cycloïdale aandrijving iets betere resultaten, of een speling van 5,5 mm, terwijl de harmonische aandrijving een speling van maximaal 7 mm vertoonde.

Koppel 

Oké, laten we nu eens kijken naar de koppeluitgangen. Hier is de eerste poging van de cycloïde aandrijving en knal. 22N op een afstand van 15 mm en er brak gewoon iets.

Ik heb het deksel eruit gehaald en dat was de uitgaande as die kapot was. Ik heb nu een nieuwe in wit PLA geprint, met een hogere infill-dichtheid en hogere temperatuur om het onderdeel sterker te maken.

Bij de volgende run ging er dus niets kapot en kwam het maximum uit op 32 N op een afstand van 15 cm, oftewel een koppel van 4,8 Nm.

Vergeleken met het koppel dat deze NEMA17-stappenmotor levert zonder de versnellingsbak, ongeveer 2N op een afstand van 15 cm, oftewel 0,3 Nms koppel, is dat een toename van ongeveer 16 keer. Dat is een efficiëntie van ongeveer 65%, aangezien de reductieverhouding 25:1 is en onder ideale omstandigheden zouden we een koppeltoename van 25 keer moeten bereiken, maar we zouden slechts 16 keer meer koppel krijgen. 

De harmonische aandrijving gaf exact hetzelfde resultaat van 32N op een afstand van 15 cm, oftewel 4,8 Nm koppel. Nogmaals, dat is dezelfde efficiëntie van ongeveer 65%. Voor mij was dat een beetje een verrassing, omdat ik verwachtte dat de harmonische aandrijving nog minder efficiënt zou zijn dan de cycloïdale aandrijving. 

Dus omdat de NEMA17 een maximale snelheid van 4,8 Nm haalde, heb ik hem vervangen door één grote NEMA23-stepper door de ingaande as en de montagebeugel te vervangen.

Dit ding alleen al heeft een koppel van 3Nm. Ik probeerde het in eerste instantie te testen met dezelfde houten stok van 15 cm, maar deze brak eenvoudigweg bij een koppel van 80 N, oftewel 12 Nm. 

Ik heb hem vervangen door een sterkere multiplexstok en heb een kracht van 30N gemeten op een afstand van 50 cm. Dat is een koppel van 15 Nm dat slechts 5 keer hoger is dan de 3 Nm die de stepper zelf produceert.

Hier was het niet de stappenmotor die het maximum haalde, maar de cycloïdale aandrijving begon over te slaan. Een kijkje in de binnenkant onthulde dat de cycloïde schijf brak in het gebied waar ze in contact komen met het excentrische lager.

Ik heb nieuwe schijven geprint met 4 Wall Lines en verhoogde Infill Density en heb het opnieuw getest. Nu bereikte de cycloïde aandrijving een kracht van 43 Nm op een afstand van 0,5 m, of dat is ongeveer 4,4 kg op een afstand van een halve meter of een koppel van 21,5 Nm.

Het begon weer over te slaan en er verscheen een hoop terugslag, wat betekent dat er weer een mislukking in zit. Een blik naar binnen onthulde een vervorming van de vorm van de cycloïdale schijven.

Dat zou dus het maximale koppel zijn dat deze cycloïdale aandrijving aankan. Hoewel dat slechts zeven keer de koppeltoename is, denk ik dat het nog steeds indrukwekkend is, omdat dit echt grote ladingen zijn, aangezien het 3D-geprint is en zo'n kleine versnellingsbak. 

Aan de andere kant viel de harmonische aandrijving meteen uit bij de NEMA23 stappenmotor. Er is eenvoudigweg geen enkele manier waarop de harmonische aandrijving zoveel koppel aankan als de cycloïdale aandrijving. De flexibele splinewanden zijn gewoon te tin en het PLA-materiaal te week. 

Qua duurzaamheid is het hetzelfde. De cycloïde aandrijving kan veel langer meegaan dan de harmonische aandrijving.

Natuurlijk hebben we het hier over 3D-geprinte schijven. 

Conclusie

Dus, wat is mijn uiteindelijke oordeel:wat is beter een 3D-geprinte harmonische aandrijving of een 3D-geprinte cycloïdale aandrijving? 

Welnu, het antwoord is het meest impopulaire, het hangt ervan af. Ik bedoel, gezien de resultaten van deze specifieke aandrijvingen, zou ik de cycloïdale aandrijving een piek geven. Het biedt grotere koppels, is betrouwbaarder en duurzamer. Natuurlijk is er ook ruimte voor verbetering van de speling als we de cycloïde schijven nog nauwkeuriger maken.

Aan de andere kant kan de harmonische aandrijving zeker beter zijn in termen van speling, maar het probleem is de duurzaamheid van de flex-spline. Ik bedoel, het verwerkte de NEMA17-stappenbelastingen, net als de cycloïdale aandrijving, wat prima was. Om de duurzaamheid te verbeteren, zouden we echter een ander ontwerp van de flex-spline nodig hebben, een groter en langer ontwerp, wat betekent dat de harmonische aandrijving enkele punten op compactheid zou verliezen.

Een ander 3D-printmateriaal zou ook helpen. De laatste flex-spline die ik maakte, was bijvoorbeeld prima tot de volgende dag, toen de uitvoer nog schokkeriger begon te worden. Ik realiseerde me dat de PLA flex-spline een plastische vervorming had ondergaan door alleen maar een nacht in één positie te zitten.

Laat me weten wat jouw ervaring is met harmonische en cycloïdale aandrijvingen in het opmerkingengedeelte.

Ik hoop dat je deze tutorial leuk vond en iets nieuws hebt geleerd. Stel gerust een vraag in het opmerkingenveld hieronder.