Guia de projeto de redutores cicloidais

Como funciona um redutor cicloidal

Um redutor cicloidal transforma uma entrada rápida numa saída lenta e forte em um único estágio. O motor gira um excêntrico, que faz um disco lobulado oscilar dentro de um anel de pinos fixos. Como o disco tem um lóbulo a menos que o número de pinos, cada volta do motor o faz recuar exatamente um lóbulo.

Pinos de saída atravessam furos do disco e captam sua rotação lenta. Resultado: relação de redução = número de pinos − 1, e a saída gira no sentido oposto ao motor. Com 21 pinos você obtém 20:1.

Escolher a relação, os pinos e a excentricidade

A relação define o número de pinos. Mais pinos exigem um círculo maior para manter pelo menos 1 mm entre pinos vizinhos.

A excentricidade dá forma aos dentes. Ela deve ficar abaixo do raio do círculo de pinos dividido pelo número de pinos, ou o perfil do disco se dobra. Mire em 60–90 % desse limite: pouca gera dentes rasos que podem pular, demais gera lóbulos pontudos. Pinos grossos também afinam os lóbulos; o Torque avisa quando um pino se aproxima do limite de rebaixo.

Um círculo de pinos maior é a forma mais eficaz de transmitir mais torque: as forças nos pinos caem com o raio.

Combinar com o seu motor

Torque de saída ≈ torque do motor × relação × eficiência. Use o torque entregue sob carga, não o de retenção. Velocidade de saída = velocidade do motor ÷ relação.

Motores de passo servem para baixas velocidades e relações altas. Motores CC e BLDC giram rápido, então um rolamento de esferas no excêntrico é essencial: um mancal liso impresso superaquece em alta velocidade. A verificação de resistência mostra isso como falha no rolamento do excêntrico.

Materiais, impressão e folga

PETG é uma boa escolha padrão. Nylon e nylon-CF resistem melhor ao desgaste e a impactos; PLA é rígido, mas frágil, e amolece com o calor. Imprima discos, excêntrico e saída maciços (100 % de preenchimento ou muitas paredes): a verificação assume peças maciças.

A folga de impressão é o espaço entre peças móveis. Comece com 0,2 mm. Se o excêntrico ficar apertado no eixo ou os discos travarem, aumente 0,05 mm; se o redutor tiver folga demais, diminua. Imprimir o excêntrico primeiro é um teste de encaixe rápido.

Rolamentos e fixadores

Pinos cilíndricos de aço (ISO 8734) são baratos e muito mais fortes que pinos impressos: use-os para os pinos e os pinos de saída sempre que puder. Um rolamento de esferas em cada lóbulo do excêntrico reduz muito o atrito e o desgaste; um rolamento opcional na tampa apoia a saída.

A lista de materiais do projetista mostra cada pino, rolamento e parafuso com tamanho e quantidade.

Montagem

1. Teste o encaixe do excêntrico no eixo do motor.
2. Parafuse a carcaça no motor; as cabeças ficam nos rebaixos.
3. Prense os pinos na carcaça.
4. Encaixe o excêntrico no eixo e monte os rolamentos.
5. Coloque os discos; com dois discos, gire o segundo até engrenar.
6. Insira a saída para que seus pinos passem pelos furos dos discos.
7. Coloque a tampa e aperte os parafusos por igual.
8. Lubrifique levemente e gire à mão: deve girar suave.

Entender a verificação de resistência

Para o torque do seu motor, o Torque estima a pressão de contato entre pinos e discos, a flexão dos pinos e dos pinos de saída, a carga no rolamento do excêntrico e a torção do eixo do motor, da ligação do eixo e da saída.

Cada verificação recebe um fator de segurança: quantas vezes a carga atual a peça suporta. Verde atinge sua meta, amarelo aguenta mas abaixo da meta, vermelho provavelmente vai quebrar. O torque nominal é o torque de saída em que a peça mais fraca atinge a meta. São estimativas de projeto com fórmulas clássicas; sempre teste um redutor impresso antes de confiar nele.

Exportar para CAD

Os arquivos STL estão prontos para fatiar. Os STEP mantêm círculos reais e abrem no Fusion 360, SolidWorks, Onshape ou FreeCAD para novas alterações. O script do Fusion 360 recria toda a montagem como componentes editáveis: no Fusion, abra Utilitários › Scripts e suplementos, adicione a pasta do script e clique em Executar.

O kit completo reúne tudo, com a lista de materiais e um README com estes passos.

Trens de engrenagens compostos

Um trem de engrenagens composto encadeia estágios de engrenagens retas: um pinhão pequeno move uma coroa grande, unida ao pinhão seguinte (uma engrenagem dupla). As relações se multiplicam: três estágios de 3:1 dão 27:1. Cada engrenagem dupla gira num eixo de aço fixo.

O Torque gera engrenagens evolventes com deslocamento de perfil automático para pinhões pequenos, para que os dentes não tenham rebaixo. A folga de impressão vira a folga entre dentes. Módulos maiores e dentes mais largos transmitem mais torque; a verificação de resistência mostra o estágio mais fraco.

Redutores planetários

Um estágio planetário tem um sol no centro, três a seis satélites em volta num porta-satélites e uma coroa com dentes internos. O motor gira o sol, a coroa fica fixa na carcaça e o porta-satélites gira devagar: a relação é 1 + dentes da coroa / dentes do sol, tipicamente de 3:1 a 10:1. Estágios empilhados se multiplicam: dois estágios de 5:1 dão 25:1 num só eixo.

Todos os satélites dividem a carga, por isso os redutores planetários são compactos e fortes. Os satélites precisam estar igualmente espaçados, então sol + coroa deve ser divisível pelo número de satélites; o Torque verifica isso e gira cada satélite para a sua posição de engrenamento na montagem exportada. Cada satélite gira num pino preso pelo disco do porta-satélites e por um anel retentor, de preferência com um pequeno rolamento de esferas.

Coroa dupla para relações extremas

Um acionamento de coroa dupla (Wolfrom) usa satélites longos que engrenam em duas coroas: uma fixa e uma de saída com alguns dentes a menos. Cada volta do porta-satélites só move a coroa de saída pela diferença de dentes, então um estágio chega a 50:1 até 1000:1: relação = (1 + coroa fixa / sol) / (1 − coroa fixa / coroa de saída).

A coroa de saída tem deslocamento de perfil para que as duas coroas engrenem nos mesmos satélites. O preço da enorme relação é a eficiência: muita potência circula entre as duas coroas, conte com 30–60 % com engrenagens impressas. Em troca o acionamento é difícil de girar pela saída, o que costuma ser bom numa junta de robô ou num guincho.

Redutores de rosca sem fim

Uma rosca sem fim é um parafuso no eixo do motor. Cada volta avança a coroa um dente por entrada, então a relação é dentes da coroa / entradas, tipicamente de 10:1 a 80:1 num só estágio, com a saída a 90° do motor. O Torque projeta uma rosca evolvente e uma coroa helicoidal com o mesmo ângulo de avanço: ambas são impressas deitadas como extrusões torcidas e engrenam sem interferência.

Os dentes deslizam em vez de rolar, por isso a eficiência é menor do que com engrenagens retas: cerca de 30–45 % com uma entrada, até 70–80 % com quatro. Com o ângulo de avanço abaixo do ângulo de atrito o redutor é autotravante: a carga não consegue girar o motor, útil em elevadores e guinchos. O deslizamento gera calor, por isso o Torque verifica se a caixa consegue dissipá-lo. Engraxe bem a rosca.

Qual redutor escolher?

Escolha o redutor cicloidal para o maior torque no menor espaço, saída coaxial e cargas de impacto como em juntas de robô. Escolha o trem de engrenagens composto para as peças mais simples, qualquer relação em 1 a 4 estágios e uma saída ao lado do motor. Escolha um redutor planetário para relações coaxiais de 3:1 a 1000:1: estágios empilhados para boa eficiência, coroa dupla para relações extremas num só estágio compacto. Escolha uma rosca sem fim para uma saída em ângulo reto, de 10:1 a 80:1 num estágio silencioso, e uma carga que deve se segurar sozinha com o motor parado.