고조파 및 사이클로이드 드라이브 비교:토크, 정확도 및 내구성
이 기사에서는 3D 프린팅된 하모닉 드라이브와 3D 프린팅된 사이클로이드 드라이브 중 무엇이 더 나은지 알아보겠습니다. 여기에는 크기가 같고 감속비가 25:1인 두 개의 기어박스가 있습니다. 여러 범주에서 비교하고, 효율성이나 토크 출력을 측정하고, 정확도나 백래시를 측정하고, 내구성이 얼마나 되는지 살펴보겠습니다.
다음 비디오를 보거나 아래에 작성된 튜토리얼을 읽어보실 수 있습니다.
두 가지를 어떻게 디자인하고 조립했는지 설명하고, 3D 프린팅에 대한 몇 가지 유용한 팁과 요령을 알려주고, 무엇이 잘못될 수 있는지, 그리고 더 나은 결과를 얻기 위해 무엇을 개선할 수 있는지, 이 중 몇 가지를 만드는 과정에서 배운 것들을 보여 드리겠습니다.
사실 이번이 이 기어박스에 대해 이야기하는 4번째 영상인데, 왜 그럴까요? 음, 이러한 기어박스는 로봇 공학 응용 분야에 적합한 선택이며 향후 비디오에서는 이러한 유형의 기어박스를 사용할 로봇을 만들 계획입니다.
작동 원리 개요
이미 내 채널에 하모닉 드라이브와 사이클로이드 드라이브가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 설계 방법을 자세히 설명하는 전용 동영상이 있으므로 해당 튜토리얼에서 자세한 내용을 확인하는 것이 좋습니다.
매우 빠르게, 하모닉 드라이브와 사이클로이드 드라이브는 모두 독특한 유형의 기어박스 또는 소형이지만 견고한 디자인으로 매우 높은 감속비를 제공하는 감속기입니다. 입력 샤프트가 비정형 부품을 구동하고, 하모닉 드라이브의 경우 파동 발생기를, 사이클로이드 드라이브의 경우 편심 베어링을 구동한다는 점에서 작동 원리는 비슷합니다.
그런 다음 각 기어박스에 있는 좀 더 독특한 부품의 도움으로 아주 작은 공간에서 상당히 낮은 속도로 출력을 생성할 수 있습니다.
하모닉 드라이브의 감속비는 항상 플렉스플라인 톱니 수의 절반입니다. 25:1의 감속비를 원한다면 플렉스 스플라인에 톱니 50개, 원형 스플라인에 톱니 52개가 필요합니다.
반면, 사이클로이드 드라이브의 감속 비율은 항상 링 기어의 핀 수보다 하나 적습니다. 즉, 25:1 감속 비율의 경우 링 기어에 26개의 핀이 필요합니다.
다시 한 번 말씀드리지만, 이러한 드라이브의 작동 방식에 대한 자세한 설명은 제 전용 동영상을 통해 확인하실 수 있습니다.
디자인
좋습니다. 이제 이 비디오에서 두 개의 기어박스를 어떻게 디자인했는지 보여드리겠습니다.
그래서 제 목표는 같은 크기로 만들고, 같은 축소율을 가지게 해서 쉽게 정면으로 비교할 수 있도록 하는 것이었습니다. 감속비를 25:1로 하고 기어박스를 최대한 작게 만들고 싶었습니다.
사이클로이드 드라이브 설계
이러한 기어박스를 설계할 때 기본 및 첫 번째 입력 매개변수는 사이클로이드 구동 링 기어용 롤러에 대해 가지고 있는 핀의 크기였습니다. 더 원활한 작동을 위해 6mm 핀을 8mm 부싱에 넣을 계획이었습니다. 그래서 26개의 롤러와 직경 8mm의 부싱으로 스케치를 그립니다.
이제 이 두 가지 입력 매개변수에 따라 링 기어 피치 직경의 최소 크기를 정의할 수 있으며, 이는 결국 기어박스의 크기를 정의합니다. 하우징 직경은 26개의 부싱을 모두 장착하기 위해 95mm가 되어야 하고 전체 기어박스를 조립하기 위한 일부 M4 볼트에 충분한 벽 두께를 가져야 했습니다.
사이클로이드 디스크 모양을 생성하려면 입력 매개변수가 하나 더 필요하며, 이심률 값은 핀 직경의 절반보다 작아야 합니다.
디스크의 고유한 모양을 그리기 위해 Omar Younis가 SOLIDWORKS 교육 블로그에 작성한 문서에서 찾을 수 있는 다음과 같은 파라메트릭 방정식을 사용할 수 있습니다.
이제 SOLIDWORKS와 방정식 기반 곡선 도구를 사용하여 사이클로이드 디스크를 만들기 위해 이러한 파라메트릭 방정식을 사용하는 방법을 보여 드리겠습니다.
— 후원 섹션 —
"이러한 업계 최고의 전문가급 디자인 도구를 이제 연간 99달러 또는 월 9.99달러라는 매우 저렴한 가격으로 모든 제조업체에서 사용할 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 맞습니다, 3D SOLIDWORKS for Makers를 경험해 보세요. 기술을 배우고 DIY 프로젝트를 만드는 등 모든 사람에게 적합합니다.
이 제안에는 3D가 포함됩니다. 제품 내에서 가장 수요가 많은 CAD 도구이자 PC에서 로컬로 실행되는 SOLIDWORKS Professional을 경험해 보세요. 3D를 사용하여 로컬이나 클라우드에 파일을 저장할 수 있습니다. 경험 플랫폼.
브라우저 기반 CAD 'xDesign'을 3D와 함께 사용할 수 있습니다. SOLIDWORKS를 직접 경험해 보세요. 언제 어디서나 어떤 장치에서든 모델링하는 데 적합합니다.
모든 기기에서 표면 모델링에 쉽게 사용할 수 있는 브라우저 기반 자유 형식 CAD인 "xShape".
"연결된 시각화"를 통해 사진 품질의 이미지, 애니메이션, 대화형 웹 콘텐츠 등을 쉽게 만들어 청중에게 깊은 인상을 남길 수 있습니다.
3축 밀링과 와이어 EDM을 위한 지능형 가공 전략을 위한 CAM인 "NC Shop Floor Programmer"를 사용하기 쉬운 패키지로 제공합니다.
아래 링크를 클릭하시면 특별 20% 할인을 받으실 수 있습니다. 오늘부터 최고의 제품을 만들어 보세요! 이와 같은 교육 콘텐츠를 후원하고 지원해 주신 SOLIDWORKS에 깊은 감사를 드립니다. ”
지금 구입: http://www.solidworks.com/makers20
자세히 알아보기: https://discover.solidworks.com/3dexperience-solidworks-makers
— 주제로 돌아가기 —
주제로 돌아가서, 두 개의 매개변수 방정식을 제자리에 삽입하여 사이클로이드 디스크 모양을 쉽게 생성할 수 있습니다. 물론 방정식의 매개변수를 적절하게 사용해야 합니다.
방정식은 다음과 같습니다:
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)
"t" 매개변수는 0에서 2*Pi 사이의 값을 사용해야 합니다. 그러나 곡선을 생성하려면 2*Pi보다 약간 작은 값을 사용해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 그러면 스플라인으로 쉽게 연결될 수 있는 약간의 간격이 있는 곡선이 생성됩니다.
그런 다음 간단히 프로파일을 돌출시키고 편심 베어링과 출력 핀용 구멍을 만들 수 있습니다. 이러한 출력 구멍의 직경은 핀 롤러 직경 + 편심률의 2배와 같습니다. 이 경우 직경은 8 +0.75*2 =9.5mm입니다.
따라서 편심 베어링 및 링 기어 롤러와 함께 사이클로이드 디스크는 기어박스의 가장 중요한 부품이며 나머지 부품은 이를 중심으로 설계되었습니다.
기어박스의 디자인은 모터 유형, 입력 샤프트를 구동하려는 방식, 작업에 사용할 수 있는 베어링 종류, 기어박스 자체의 적용 등과 같은 여러 요소에 따라 달라집니다.
하모닉 드라이브 설계
그럼에도 불구하고, 이제 하모닉 드라이브에 대해 살펴보겠습니다. 앞서 언급했듯이 아이디어는 두 기어박스가 동일한 크기를 갖는 것이었고 기어박스 직경 측면에서 얻을 수 있었지만 플렉스 스플라인을 수용하려면 길이가 조금 더 길어야 했습니다.
여기에 플렉스 스플라인이 있는데, 이는 열린 끝 부분에서는 유연해야 하지만 아래쪽이나 출력 부분에서는 단단해야 하기 때문에 매우 독특한 부분입니다.
사이클로이드 기어박스의 길이 치수에 맞추기 위해 컵을 짧게 만들려고 하면 유연성이 충분하지 않고 주석 벽이 쉽게 부서지는 PLA 소재를 사용하기 때문에 제대로 작동하지 않습니다.
플렉스 스플라인을 설계하기 위해 SOLIDWORKS Toolbox를 사용하여 톱니가 50개인 스퍼 기어를 생성했습니다. 저는 사이클로이드 기어박스에 적합한 치수를 제공하는 1.5 모듈을 선택했습니다. 별도의 파트 파일로 저장한 뒤 수정에 들어갔습니다. 컵의 벽면을 1.25mm로 하고, 컵의 전체 길이를 30mm로 만들었습니다.
원형 스플라인도 같은 방법을 사용했습니다. 이번에는 SOLIDWORKS Toolbox를 사용하여 톱니가 52개 있는 내부 스퍼 기어를 생성한 다음 나머지 기어박스 설계에 따라 수정했습니다. 매우 정확한 3D 프린팅 부품을 얻기가 조금 어렵기 때문에 기어가 맞물릴 수 있도록 기어 내부에 0.1mm의 약간의 간격을 두었습니다.
그런 다음 하모닉 드라이브의 세 번째 핵심 구성 요소인 웨이브 제너레이터에 대해 장축이 플렉스 스플라인의 내벽 직경보다 3.2mm 더 크고 단축이 3.2mm 더 작은 타원을 그립니다.
이제 이 타원에 따라 플렉스 스플라인의 보다 부드러운 변형을 달성하기 위해 장축의 각 측면에 3개의 베어링을 배열했습니다. 시중에 판매되는 하모닉 드라이브에서는 여기에 특수한 플렉서블 볼 베어링을 사용하는데 가격이 비싸고 구하기도 어렵습니다.
나머지 하모닉 드라이브는 이 세 가지 핵심 구성 요소에 따라 설계되었습니다.
3D 모델 및 STL 파일 다운로드
아래에서 제조에 필요한 STL 파일뿐만 아니라 이러한 하모닉 및 사이클로이드 드라이브의 3D 모델을 다운로드할 수 있습니다.
SOLIDWORKS 파일:
STL 파일:
3D 프린팅
3D 프린팅 시 부품의 정확한 치수를 얻으려면 슬라이싱 소프트웨어에 적절한 설정이 필요합니다. 치수적으로 정확한 인쇄물을 얻는 데 가장 중요한 설정은 수평 확장 및 구멍 수평 확장 설정입니다.
이러한 설정을 기본적으로 그대로 두면 인쇄되는 외부 치수와 구멍이 일반적으로 원래 모델보다 작습니다. 수평 확장을 0.02mm로 설정하고 구멍 수평 확장을 0.04mm로 설정했습니다. 물론 3D 프린터에서 어떤 값이 최상의 결과를 제공하는지 확인하려면 몇 가지 테스트 인쇄를 수행해야 합니다.
하지만 일부 부품에서는 이러한 설정에 다른 값을 사용했습니다. 예를 들어, 플렉스 스플라인과 사이클로이드 디스크의 경우 수평 확장 설정에 -0.01과 -0.02mm 값을 사용했습니다. 이렇게 하면 해당 부품이 움직일 수 있도록 여유 공간이 있어야 하므로 인쇄물이 원본보다 확실히 작아질 것입니다.
어셈블리
좋습니다. 이제 모든 부품이 준비되었으며 기어박스 조립을 진행했습니다.
이번 영상은 과부하가 걸리지 않도록 평소보다 조금 빠르게 조립과정을 안내해드리겠습니다. 중요한 부분만 지적하겠습니다.
사이클로이드 드라이브 조립
사이클로이드 드라이브를 조립하는 데 필요한 모든 구성 요소 목록은 다음과 같습니다.
- 6mm 강철 실린더 로드 ……………..…. Amazon / AliExpress
L=30mm x26개; 드라이브 1개당 L=22mm x6개
- 8mm 부싱 ........................................................ Amazon / AliExpress
L=20mm x26개; 드라이브 1개당 L=15mm x6개
- 볼 베어링 35x47x7mm 6807 – x2 …… Amazon / AliExpress
- 볼 베어링 17x26x5mm 6803 x2 ……… Amazon / AliExpress
- 볼 베어링 15x24x5mm 6802 – x2 … .. Amazon / AliExpress
- 나사산 인서트 M4x5mm .............. 아마존 / AliExpress
- M3 및 M4 볼트와 너트 .............. 아마존 / AliExpress
볼트 목록:M3x8mm – 8개, M3x25mm – 3개; M4x10mm – 4개; M4x35mm – 6개
공개:제휴 링크입니다. Amazon Associate로서 저는 적격 구매를 통해 수입을 얻습니다.
사이클로이드 드라이브를 조립할 때 가장 중요한 것은 두 개의 사이클로이드 디스크를 180도 위상이 다르게 배치하는 것입니다.
나는 그것을 도울 수 있는 작은 구멍을 디스크에 만들었습니다. 구멍을 180도 간격으로 배치해야 합니다. 또는 디스크를 뒤집으면 두 개의 구멍을 정렬하면 180도 위상차 위치를 얻을 수 있습니다.
출력 샤프트와 결합된 두 개의 사이클로이드 디스크를 조립했을 때의 모습은 다음과 같습니다.
편심 샤프트에는 나무 M3 볼트를 사용하여 모든 입력 샤프트 커플러를 부착하고 고정할 수 있습니다. 이 경우에는 NEMA 17 스테퍼 모터용으로 하나 배치했습니다.
하지만 편심 베어링의 구멍이 작아서 볼트가 나사산을 만들 수 있고 여기에서 반발을 피하기 위해 꼭 맞기 때문에 이러한 볼트를 조이는 것이 약간 지저분할 수 있다는 점을 여기서 알 수 있습니다. 아마도 최선의 해결책은 아니지만 효과가 있을 것입니다.
이 하위 어셈블리를 기어박스에 배치하면 사이클로이드 드라이브의 마법과 작동 방식을 볼 수 있습니다.
이 시점에서는 매우 원활하게 작동하는 것 같습니다.
뚜껑을 제자리에 삽입할 때 부싱을 핀과 제자리에 고정하는 데 사용되는 6개의 구멍에 맞춰 정렬해야 합니다.
마지막으로 이 장착 브래킷을 사용하여 NEMA17 스테퍼를 부착할 수 있습니다. 물론 다른 모터에 맞게 입력 샤프트 커플러와 장착 브래킷을 변경할 수 있습니다.
그리고 여기 있습니다. 얼마나 매끄러운지 영상을 통해 확인하실 수 있습니다. 출력축은 입력축보다 반대 방향으로 25배 느리게 회전합니다.
하모닉 드라이브 조립
좋습니다. 다음은 하모닉 드라이브입니다. 하모닉 드라이브 조립은 사이클로이드 드라이브에 비해 부품 수가 적기 때문에 조금 더 빠릅니다.
사이클로이드 드라이브를 조립하는 데 필요한 모든 구성 요소 목록은 다음과 같습니다.
- 볼 베어링 35x47x7mm 6807 – x1 …… Amazon / AliExpress
- 볼 베어링 15x24x5mm 6802 – x1 … .. Amazon / AliExpress
- 볼 베어링 12x21x5mm 6802 – x1 … .. Amazon / AliExpress
- 나사산 인서트 M4x5mm .............. 아마존 / AliExpress
- M3 및 M4 볼트와 너트 .............. 아마존 / AliExpress
볼트 목록:곧 업데이트될 예정입니다.
공개:제휴 링크입니다. Amazon Associate로서 저는 적격 구매를 통해 수입을 얻습니다.
출력 샤프트는 원형 스플라인에 삽입되는 플렉스플라인에 고정됩니다.
파동 발생기는 4개의 M3 볼트로 고정되어야 하는 두 개의 섹션으로 구성됩니다. 기어박스 양쪽에 베어링이 지지되도록 이렇게 디자인했습니다.
내부에서 구르고 플렉스플라인을 변형시키는 웨이브 제너레이터 베어링은 내부 직경이 6mm이고 외부 직경이 13mm입니다. M3 접시머리 볼트와 M4 와셔를 사용하여 제자리에 고정했습니다. 그 이유는 공간을 최대한 절약하기 위해서입니다.
그런 다음 약간의 힘을 가해 웨이브 제너레이터를 플렉스 스플라인에 삽입했습니다.
실제로 웨이브 제너레이터를 먼저 플렉스플라인에 넣은 다음 그 두 개를 원형 스플라인에 넣는 것이 훨씬 쉽습니다. 이 시점에서 우리는 파동 발생기를 손으로 움직여서 그것이 어떻게 작동하는지 볼 수 있습니다. 하지만 움직임이 약간 불안정하다는 것을 알 수 있고 그 이유는 나중에 조금 더 알게 될 것입니다.
모션을 약간 개선하기 위해 기어 맞물림에 약간의 윤활제를 적용했습니다.
뒷면에 뚜껑을 삽입하고 M4 볼트 6개로 고정하면 기어박스 하우징이 완성됩니다. 그런 다음 원하는 입력 샤프트 커플러를 연결하기만 하면 됩니다. 이 경우에도 NEMA 17 스테퍼 모터용입니다.
마지막으로 NEMA 17 스테퍼 모터를 마운팅 브라켓으로 부착, 고정하면 하모닉 드라이브가 완성되었습니다.
그래서 여기서는 출력축이 반대방향으로 입력축보다 25배 느리게 회전하는데, 사이클로이드 디스크에 비하면 그 움직임이 그리 부드럽지는 않은 것 같습니다.
문제해결
사이클로이드 디스크에 비해 하모닉 드라이브의 움직임이 그다지 부드럽지는 않은 것 같습니다. 거기에는 실제로 몇 가지 이유가 있는데 이제 그 이유를 보여 드리겠습니다. 첫 번째 이유는 플렉스플라인이 이미 깨져 있었기 때문입니다.
컵 벽은 그 정도의 변형을 견딜 수 있도록 주석으로 만들어졌습니다. 여기서 문제는 벽이 너무 주석으로 되어 있다는 것뿐만 아니라 그런 종류의 변형을 수용하기에는 컵이 너무 작다는 사실도 있습니다. 저번 하모닉드라이브 영상 디자인처럼 컵이 조금 더 컸더라면 탄성 변형이 훨씬 더 잘 됐을 텐데.
더 나은 결과를 얻으려면 플렉스 스플라인의 길이가 더욱 중요합니다. 하지만 여기서는 두 개의 기어박스를 같은 크기로 만들려고 했기 때문에 계속 이렇게 작동하도록 노력했습니다.
이번에는 다른 필라멘트와 벽두께를 3줄 늘려서 3D 프린팅을 시도했지만 또 금방 실패했습니다.
두 번째 문제는 웨이브 제너레이터가 플렉스 스플라인과 제대로 접촉하지 않았다는 것입니다. 여기서 상단 베어링이 플렉스플라인에 전혀 닿지 않고 다른 두 베어링만 접촉하고 있음을 알 수 있습니다.
그래서 저는 파동 발생기에 베어링이 하나만 있도록 수정했고 그 결과 동작이 개선되었습니다.
또 문제가 된 점은 플렉스플라인의 베어링과 맞닿는 안쪽면이 매끄럽지 않다는 점이었습니다. 그 이유는 주석 벽 때문인데, 3D 프린팅 시 플렉스 스플라인의 톱니 뒤로 벽선 1개만 지나가고 그로 인해 표면이 매끄럽지 않았기 때문입니다.
3D 프린팅 시 벽선을 하나 더 수용할 수 있도록 벽 두께를 늘려 표면이 훨씬 매끄러워졌습니다. 그래서 여기서는 벽 두께가 4줄, 즉 1.6mm 두께를 사용하고 모션이 개선되었습니다.
그러나 문제가 하나 더 있었습니다. 내 슬라이싱 소프트웨어에서 Z Seam Alignment를 위해 "User Specified"를 사용했는데, 이는 각 경로의 시작점이 동일한 위치에 있고 이로 인해 부품 표면에 눈에 띄는 범프가 한 번 더 발생한다는 의미입니다.
이를 방지하기 위해 Z Seam Alignment를 "Random"으로 설정했고 다시 표면이 부드러워지고 움직임이 좋아졌습니다.
고조파와 사이클로이드 – 비교
좋습니다. 이제 정확성, 효율성, 내구성 측면에서 두 기어박스를 서로 어떻게 비교해 보겠습니다.
백래시
여기서 왼쪽은 하모닉 드라이브이고 오른쪽은 사이클로이드 드라이브입니다. 사이클로이드 구동의 반복성은 상당히 좋지만, 일단 부하를 가하면 백래시가 발생하는 것을 볼 수 있습니다.
15cm 거리에서 양방향으로 힘을 가했을 때 약 6.5mm의 유격이 발생했습니다.
반면, 하모닉 드라이브는 사이클로이드 드라이브와 마찬가지로 우수한 반복성을 나타냈습니다. 그러나 양방향으로 힘이 가해지면 15cm 거리에서 8mm의 유격이 발생하여 반발이 더 커졌습니다.
정지된 위치에서 약간의 힘만 가하여 백래시를 관찰하면 하모닉 드라이브가 좀 더 나은 결과를 보여줍니다. 여기서는 백래시가 전혀 없는 것처럼 느껴졌습니다. 조금만 터치해도 출력이 약간의 저항을 주기 때문입니다. 반면, 사이클로이드 드라이브에서는 15cm의 동일한 거리에서 약 2mm의 출력 유격이 완전히 발생했습니다.
그러나 조금 더 큰 힘을 가했을 때 사이클로이드 드라이브는 약간 더 나은 결과인 5.5mm 플레이를 보인 반면 하모닉 드라이브는 최대 7mm 플레이를 보여주었습니다.
토크
자, 이제 토크 출력을 살펴보겠습니다. 사이클로이드 드라이브와 뱅의 첫 번째 시도는 다음과 같습니다. 15mm 거리에서 22N이었는데 뭔가가 막 부러졌습니다.
뚜껑을 열었는데 출력 샤프트가 부러졌습니다. 이제 부품을 더 강하게 만들기 위해 흰색 PLA에 더 높은 충전 밀도와 더 높은 온도로 새 부품을 프린트했습니다.
따라서 다음 실행에서는 아무 것도 파손되지 않았으며 15cm 거리에서 최대 32N, 즉 4.8Nm의 토크에 도달했습니다.
이 NEMA17 스테퍼 모터가 기어박스 없이 제공하는 토크(15cm 거리에서 약 2N, 즉 0.3Nms의 토크)와 비교하면 약 16배 증가합니다. 감소율이 25:1이고 이상적인 조건에서는 토크가 25배 증가해야 하지만 16배만 증가하므로 이는 약 65%의 효율성입니다.
하모닉 드라이브는 15cm 거리에서 32N, 즉 4.8Nm의 토크와 정확히 동일한 결과를 제공했습니다. 다시 말하지만, 이는 약 65%의 동일한 효율성입니다. 나에게는 하모닉 드라이브가 사이클로이드 드라이브보다 훨씬 덜 효율적일 것으로 예상했기 때문에 그것은 약간 놀랐습니다.
그래서 NEMA17의 최대 출력은 4.8Nm이므로 입력 샤프트와 장착 브래킷을 변경하여 하나의 큰 NEMA23 스테퍼로 교체했습니다.
이것만으로도 3Nm의 토크를 발휘합니다. 처음에는 동일한 15cm 나무 막대기로 테스트를 시도했지만 80N, 즉 12Nm의 토크에서 간단히 부러졌습니다.
더 강한 합판 막대로 교체하고 50cm 거리에서 30N의 힘을 측정했습니다. 이는 스테퍼 자체가 생성하는 3Nm보다 5배 더 높은 15Nm의 토크입니다.
여기서는 최대치에 도달한 스테퍼 모터가 아니었지만 사이클로이드 드라이브가 건너뛰기 시작했습니다. 내부를 살펴보면 사이클로이드 디스크가 편심 베어링과 접촉하는 부분이 파손된 것으로 나타났습니다.
4개의 Wall Line이 있는 새 디스크를 인쇄하고 Infill Density를 높여 다시 테스트해 보았습니다. 이제 사이클로이드 드라이브는 0.5m 거리에서 43N의 힘에 도달했습니다. 즉, 0.5m 거리에서 약 4.4kg, 즉 21.5Nm의 토크에 도달했습니다.
다시 건너뛰기 시작했고 엄청난 반발이 나타났습니다. 이는 또 다른 실패가 있음을 의미합니다. 내부를 들여다보니 사이클로이드 원판 모양의 변형이 드러났습니다.
따라서 이것이 이 사이클로이드 드라이브가 처리할 수 있는 최대 토크가 됩니다. 비록 토크가 7배 증가한 것에 불과하지만, 3D 프린팅과 쇼핑몰 기어박스라는 점을 고려하면 정말 큰 부하이기 때문에 여전히 인상적이라고 생각합니다.
반면에 NEMA23 스테퍼 모터를 사용하면 하모닉 드라이브가 즉시 실패했습니다. 하모닉 드라이브가 사이클로이드 드라이브만큼 토크를 처리할 수 있는 방법은 없습니다. 플렉스 스플라인 벽은 너무 주석이고 PLA 재질도 너무 얇습니다.
내구성 측면에서는 똑같습니다. 사이클로이드 드라이브는 하모닉 드라이브보다 훨씬 오래 지속될 수 있습니다.
물론 여기서는 3D 프린팅 드라이브에 대해 이야기하고 있습니다.
결론
그렇다면 내 최종 결론은 무엇입니까? 3D 프린팅된 하모닉 드라이브와 3D 프린팅된 사이클로이드 드라이브 중 무엇이 더 낫습니까?
글쎄요, 그 대답은 상황에 따라 가장 인기가 없는 것입니다. 내 말은, 이러한 특정 드라이브의 결과를 고려하면 사이클로이드 드라이브가 최고조에 달한다는 것입니다. 더 큰 토크를 제공하고 더 안정적이고 내구성이 뛰어납니다. 물론, 사이클로이드 디스크를 더욱 정밀하게 만들면 백래시를 개선할 여지도 있습니다.
반면 백래시 측면에서는 하모닉 드라이브가 확실히 나을 수 있지만 문제는 플렉스스플라인 내구성이다. 즉, NEMA17 스테퍼 부하를 사이클로이드 드라이브처럼 처리했는데 괜찮았습니다. 하지만 내구성을 향상시키기 위해서는 플렉스플라인을 더 크고 길게 디자인하는 다른 디자인이 필요하며, 이는 하모닉 드라이브가 소형화 측면에서 일부 포인트를 잃게 된다는 것을 의미합니다.
다른 3D 프린팅 재료도 도움이 될 것입니다. 예를 들어, 제가 만든 마지막 플렉스 스플라인은 다음날 출력이 더욱 불안정해지기 시작할 때까지 괜찮았습니다. 밤새 한 자세로 앉아 있는 것만으로도 PLA 플렉스 스플라인이 소성변형을 겪었다는 사실을 깨달았습니다.
댓글 섹션에서 고조파 및 사이클로이드 드라이브에 대한 귀하의 경험을 알려주십시오.
이 튜토리얼을 즐기고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 아래 댓글 섹션에 질문을 남겨주세요.