Vergleich von harmonischen und zykloiden Antrieben:Drehmoment, Genauigkeit und Haltbarkeit

In diesem Artikel erfahren wir, was besser ist:ein 3D-gedruckter Harmonic-Antrieb oder ein 3D-gedruckter Zykloidenantrieb. Hier habe ich diese beiden von mir hergestellten Getriebe, die die gleiche Größe und das gleiche Untersetzungsverhältnis von 25:1 haben. Ich werde sie in mehreren Kategorien vergleichen, ihren Wirkungsgrad oder ihr Drehmoment messen, ihre Genauigkeit oder ihr Spiel messen und sehen, wie langlebig sie sind.

Sie können sich das folgende Video ansehen oder das untenstehende schriftliche Tutorial lesen.

Ich werde erklären, wie ich beide entworfen und zusammengebaut habe, und ich werde Ihnen einige nützliche Tipps und Tricks für den 3D-Druck geben, Ihnen zeigen, was schief gehen kann und was wir verbessern können, um sie besser zu machen, Dinge, die ich bei der Herstellung einiger davon gelernt habe.

Eigentlich ist dies mein viertes Video, in dem ich über diese Getriebe spreche, und warum ist das so? Nun, diese Getriebe sind eine gute Wahl für Roboteranwendungen und ich plane, in zukünftigen Videos einige Roboter zu bauen, die diese Art von Getrieben verwenden. 

Übersicht über die Arbeitsprinzipien

Ich habe bereits spezielle Videos auf meinem Kanal, in denen detailliert erklärt wird, was Harmonic Drive und Cycloid Drive sind und wie sie funktionieren und wie man sie konstruiert. Ich würde daher empfehlen, sich diese Tutorials anzusehen, um weitere Einzelheiten zu erfahren.

Ganz schnell:Sowohl der Harmonic- als auch der Zykloidenantrieb sind einzigartige Getriebe oder Drehzahlminderer, die ein sehr hohes Untersetzungsverhältnis bei kompakter, aber robuster Bauweise bieten. Ihr Funktionsprinzip ist ziemlich ähnlich, wobei ihre Eingangswelle ein unregelmäßig geformtes Teil antreibt, einen Wellengenerator im Falle des harmonischen Antriebs und ein Exzenterlager im Falle des Zykloidenantriebs.

Mithilfe einiger weiterer einzigartiger Teile, über die jedes Getriebe verfügt, können sie dann auf sehr kleinem Raum eine Leistung mit deutlich niedrigeren Geschwindigkeiten erzeugen. 

Das Untersetzungsverhältnis des Harmonic-Drives beträgt immer die Hälfte der Anzahl der Flex-Spline-Zähne. Wenn wir ein Untersetzungsverhältnis von 25:1 wünschen, benötigen wir 50 Zähne am Flex-Spline und 52 Zähne am Circular-Spline.

Andererseits ist das Untersetzungsverhältnis des Zykloidenantriebs immer um eins kleiner als die Anzahl der Stifte am Zahnkranz, oder für ein Untersetzungsverhältnis von 25:1 benötigen wir 26 Stifte am Zahnkranz. 

Auch hier können Sie, wie bereits erwähnt, meine speziellen Videos ansehen, um eine detaillierte Erklärung zur Funktionsweise dieser Laufwerke zu erhalten.

Entwerfen

Also gut, jetzt zeige ich Ihnen, wie ich die beiden Getriebe für dieses Video entworfen habe.

Mein Ziel war es also, sie gleich groß zu machen und das gleiche Untersetzungsverhältnis zu haben, damit ich sie problemlos direkt vergleichen kann. Ich wollte ein Untersetzungsverhältnis von 25:1 haben und die Getriebe so klein wie möglich machen.

Zykloidenantriebsdesign

Der Basis- und erste Eingabeparameter bei der Konstruktion dieser Getriebe war die Größe der Stifte, die ich für die Rollen für den Zykloiden-Antriebszahnkranz hatte. Ich hatte 6-mm-Stifte, die ich in 8-mm-Buchsen stecken wollte, um einen reibungsloseren Betrieb zu erreichen. Also zeichne ich eine Skizze mit 26 Rollen und Buchsen mit 8 mm Durchmesser.

Anhand dieser beiden Eingabeparameter konnte ich nun die Mindestgröße des Hohlrad-Teilkreisdurchmessers definieren, der letztendlich die Größe des Getriebes definiert. Der Gehäusedurchmesser musste 95 mm betragen, um alle 26 Buchsen unterzubringen und genug Wandstärke für einige M4-Schrauben zum Zusammenbau des gesamten Getriebes zu haben. 

Um die zykloide Scheibenform zu erzeugen, benötigen wir einen weiteren Eingabeparameter und das ist der Exzentrizitätswert, der kleiner als die Hälfte des Stiftdurchmessers sein sollte.

Zum Zeichnen der einzigartigen Form der Scheibe können wir die folgenden parametrischen Gleichungen verwenden, die in einem von Omar Younis für den SOLIDWORKS-Bildungsblog verfassten Dokument zu finden sind.

Jetzt zeige ich Ihnen, wie ich diese parametrischen Gleichungen zur Erstellung der Zykloidenscheiben mit SOLIDWORKS und dem Werkzeug „Gleichungsgesteuerte Kurve“ verwendet habe.

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– Zurück zum Thema –

Zurück zum Thema:Wir können die Zykloidenscheibenform leicht erzeugen, indem wir die beiden parametrischen Gleichungen einfügen. Natürlich sollten wir unsere Parameter in den Gleichungen angemessen verwenden.

Hier sind die Gleichungen:

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)

Für die „t“-Parameter sollten wir einen Wert zwischen 0 und 2*Pi verwenden. Allerdings sollten wir beachten, dass wir einen etwas kleineren Wert als 2*Pi verwenden müssen, damit die Kurve generiert wird. Dadurch wird die Kurve mit einer kleinen Lücke erzeugt, die dann einfach mit einem Spline verbunden werden kann.

Dann können wir das Profil einfach extrudieren und die Löcher für das Exzenterlager und die Abtriebsstifte bohren. Der Durchmesser dieser Ausgangslöcher entspricht dem Durchmesser der Stiftrollen + dem Zweifachen der Exzentrizität. In diesem Fall sind das 8 +0,75*2 =9,5 mm Durchmesser. 

Daher sind die Zykloidenscheibe zusammen mit dem Exzenterlager und den Hohlradrollen die wichtigsten Teile des Getriebes, und die restlichen Teile sind um sie herum konstruiert.

Die Konstruktion des Getriebes hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. dem Motortyp, der Art und Weise, wie wir die Eingangswelle antreiben möchten, der Art von Lagern, mit denen wir arbeiten können, der Anwendung des Getriebes selbst und so weiter. 

Harmonic Drive Design

Werfen wir nun dennoch einen Blick auf den harmonischen Antrieb. Wie ich bereits erwähnte, bestand die Idee darin, dass beide Getriebe die gleiche Größe haben sollten, was ich im Hinblick auf den Getriebedurchmesser erreichen konnte, aber die Länge musste etwas länger sein, um den Flex-Spline unterzubringen.

Hier haben wir den Flex-Spline, der ein ganz besonderes Teil ist, da er am offenen Ende flexibel, aber am unteren Ende oder am Ausgang starr sein muss.

Wenn wir versuchen, den Becher kürzer zu machen, um ihn an die Länge des Zykloidengetriebes anzupassen, funktioniert er nicht richtig, da wir PLA-Material verwenden, das nicht ausreichend flexibel ist und dessen Zinnwand leicht brechen würde.  

Für die Gestaltung des Flex-Splines habe ich mit der SOLIDWORKS Toolbox ein Stirnrad mit 50 Zähnen generiert. Ich habe einen Modul von 1,5 gewählt, wodurch ich eine Abmessung hatte, die zum Zykloidengetriebe passte. Ich habe es als separate Teiledatei gespeichert und dann mit der Änderung begonnen. Ich habe die Wand des Bechers auf 1,25 mm und die Gesamtlänge des Bechers auf 30 mm eingestellt.

Für den kreisförmigen Spline habe ich die gleiche Methode verwendet. Mit der SOLIDWORKS Toolbox habe ich dieses Mal ein internes Stirnrad mit 52 Zähnen generiert und es dann entsprechend dem Rest meines Getriebedesigns modifiziert. Ich habe im Inneren des Zahnrads einen leichten Abstand von 0,1 mm eingehalten, um sicherzustellen, dass die Zahnräder ineinandergreifen, da es etwas schwierig ist, sehr genaue 3D-gedruckte Teile zu erhalten. 

Dann zeichne ich für die dritte Schlüsselkomponente des harmonischen Antriebs, den Wellengenerator, eine Ellipse, deren Hauptachse 3,2 mm größer als der Innenwanddurchmesser des Flex-Splines und deren Nebenachse 3,2 mm kleiner ist.

Nun habe ich dieser Ellipse entsprechend 3 Lager auf jeder Seite der Hauptachse angeordnet, um eine gleichmäßigere Verformung des Flex-Splines zu erreichen. Bei handelsüblichen Harmonic Drives kommt hier ein spezielles flexibles Kugellager zum Einsatz, das allerdings teuer und schwer zu finden ist.

Der Rest des Harmonic Drive wurde nach diesen drei Schlüsselkomponenten konzipiert.

3D-Modell und STL-Dateien herunterladen

Sie können die 3D-Modelle dieser harmonischen und zykloiden Antriebe sowie die für die Herstellung erforderlichen STL-Dateien unten herunterladen:

SOLIDWORKS-Dateien:

STL-Dateien:

3D-Druck

Um beim 3D-Druck genaue Abmessungen der Teile zu erhalten, müssen wir die richtigen Einstellungen in unserer Slicing-Software vornehmen. Die wichtigsten Einstellungen für maßgenaue Ausdrucke sind die Einstellungen „Horizontale Ausdehnung“ und „Lochhorizontale Ausdehnung“.

Wenn wir diese Einstellungen standardmäßig belassen, sind die Außenabmessungen des Drucks sowie die Löcher in der Regel kleiner als beim Originalmodell. Ich habe die horizontale Ausdehnung auf 0,02 mm und die horizontale Lochausdehnung auf 0,04 mm eingestellt. Natürlich sollten Sie einige Testdrucke durchführen, um zu sehen, mit welchen Werten Sie auf Ihrem 3D-Drucker die besten Ergebnisse erzielen. 

Allerdings habe ich für einige Teile unterschiedliche Werte für diese Einstellungen verwendet. Beispielsweise habe ich für den Flex-Spline und die Zykloidenscheiben einen Wert von –0,01 und –0,02 mm für die Einstellung „Horizontale Ausdehnung“ verwendet. Dadurch stellen wir sicher, dass der Druck auf jeden Fall kleiner ausfällt als das Original, da diese Teile ein Spiel haben müssen, um sich bewegen zu können.

Montage 

Ok, hier habe ich nun alle Teile bereit und ich habe mit dem Zusammenbau der Getriebe begonnen.

Um dieses Video nicht zu überladen, werde ich Sie etwas schneller als gewöhnlich durch den Montageprozess führen. Ich werde nur die wichtigen Aspekte hervorheben.

Zykloidantriebsbaugruppe

Hier ist eine Liste aller Komponenten, die für den Zusammenbau des Zykloidenantriebs benötigt werden:

• 6mm Stahlzylinderstange …………………..…. Amazon  / AliExpress
  L=30mm x26 Stück; L=22mm x6 Stück für ein Laufwerk
• 8mm Buchsen ………………………………………. Amazon  / AliExpress
  L=20mm x26 Stück; L=15mm x6 Stück für ein Laufwerk
• Kugellager 35x47x7mm 6807 – x2 …… Amazon  / AliExpress
• Kugellager 17x26x5mm 6803 x2 ……… Amazon  / AliExpress
• Kugellager 15x24x5mm 6802 – x2 ….. Amazon  / AliExpress
• Gewindeeinsätze M4x5mm ………….……. Amazon  / AliExpress
• M3- und M4-Schrauben und Muttern ………………….. Amazon  / AliExpress
  Liste der Schrauben:M3x8mm – 8 Stück, M3x25mm – 3 Stück; M4x10mm – 4 Stück; M4x35mm – 6 Stück

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Beim Zusammenbau des Zykloidenantriebs ist es vor allem darauf zu achten, dass wir die beiden Zykloidenscheiben um 180 Grad phasenverschoben platzieren. 

Ich habe ein kleines Loch in die Scheiben gemacht, das uns dabei helfen kann. Wir sollten die Löcher um 180 Grad voneinander entfernt positionieren, oder wenn wir die Scheiben umdrehen, können wir einfach zwei Löcher ausrichten und erhalten so eine um 180 Grad phasenverschobene Positionierung.  

So sehen zwei Zykloidenscheiben in Kombination mit der Abtriebswelle im zusammengebauten Zustand aus.

Auf der Exzenterwelle können wir jede Eingangswellenkupplung mit drei M3-Schrauben befestigen und befestigen. In diesem Fall habe ich einen für einen NEMA 17-Schrittmotor platziert.

Allerdings können wir hier anmerken, dass das Befestigen dieser Schrauben etwas umständlich sein kann, da die Löcher im Exzenterlager klein sind, sodass die Schrauben hineingedreht werden können und einen festen Sitz haben, um von hier aus ein Spiel zu vermeiden. Es ist wahrscheinlich nicht die beste Lösung, aber es wird funktionieren. 

Sobald wir diese Unterbaugruppe in das Getriebe einsetzen, können wir die Magie des Zykloidenantriebs und seine Funktionsweise erkennen.

An diesem Punkt scheint es, dass es recht reibungslos funktioniert. 

Beim Einsetzen des Deckels sollten wir darauf achten, dass wir die Buchsen mit den Stiften sowie den sechs Löchern ausrichten, die zur Befestigung dienen.

Schließlich können wir mit Hilfe dieser Montagehalterung den NEMA17-Stepper befestigen. Selbstverständlich können wir die Eingangswellenkupplung und die Montagehalterung auch an jeden anderen Motor anpassen.

Und hier ist es. Wie reibungslos es funktioniert, können Sie im Video sehen. Die Abtriebswelle dreht sich 25-mal langsamer als die Eingangswelle in die entgegengesetzte Richtung.

Harmonische Antriebsbaugruppe

Also gut, als nächstes kommt der harmonische Antrieb. Die harmonische Antriebsbaugruppe ist etwas schneller, da sie im Vergleich zum Zykloidenantrieb aus weniger Teilen besteht.

Hier ist eine Liste aller Komponenten, die für den Zusammenbau des Zykloidenantriebs benötigt werden:

• Kugellager 35x47x7mm 6807 – x1 …… Amazon  / AliExpress
• Kugellager 15x24x5mm 6802 – x1 ….. Amazon  / AliExpress
• Kugellager 12x21x5mm 6802 – x1 ….. Amazon  / AliExpress
• Gewindeeinsätze M4x5mm ………….……. Amazon  / AliExpress
• M3- und M4-Schrauben und Muttern ………………….. Amazon  / AliExpress
  Liste der Schrauben:wird bald aktualisiert.

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Die Abtriebswelle ist am Flex-Spline befestigt, der dann in den Circular-Spline eingesetzt wird.

Der Wellengenerator besteht aus zwei Abschnitten, die mit vier M3-Schrauben aneinander befestigt werden sollten. Ich habe es so konstruiert, dass es auf beiden Seiten des Getriebes mit Lagern abgestützt ist.

Die Lager des Wellengenerators, die auf der Innenseite rollen und den Flex-Spline verformen, haben einen Innendurchmesser von 6 mm und einen Außendurchmesser von 13 mm. Ich habe sie mit einigen M3-Senkkopfschrauben und M4-Unterlegscheiben befestigt. Der Grund dafür ist, so viel Platz wie möglich zu sparen. 

Dann habe ich den Wellengenerator mit etwas Druck in den Flex-Spline eingesetzt.

Eigentlich ist es viel einfacher, zuerst den Wellengenerator in den Flex-Spline einzubauen und diese beiden dann in den Circular-Spline. An diesem Punkt können wir sehen, wie es funktioniert, indem wir den Wellengenerator von Hand bewegen, obwohl wir bemerken, dass die Bewegung etwas ruckartig ist und wir werden etwas später sehen, warum.  

Ich habe etwas Schmiermittel auf den Zahneingriff aufgetragen, was die Bewegung ein wenig verbessert hat.

Komplettiert wird das Getriebegehäuse durch das Einsetzen des Deckels auf der Rückseite und die Befestigung mit sechs M4-Schrauben. Dann müssen wir nur noch die gewünschte Eingangswellenkupplung anbringen, und in diesem Fall handelt es sich wieder um einen NEMA 17-Schrittmotor.

Zuletzt habe ich den NEMA 17-Schrittmotor mit der Montagehalterung befestigt und befestigt, und damit war der Harmonic Drive fertig.

Hier ist es also:Die Abtriebswelle dreht sich 25-mal langsamer als die Eingangswelle in die entgegengesetzte Richtung, aber im Vergleich zur Zykloidenscheibe scheint die Bewegung nicht so gleichmäßig zu sein.

Fehlerbehebung

Im Vergleich zur Zykloidenscheibe scheint die Bewegung des harmonischen Antriebs nicht so gleichmäßig zu sein. Dafür gibt es tatsächlich mehrere Gründe und diese zeige ich euch jetzt. Der erste Grund ist, dass der Flex-Spline bereits gebrochen war.

Die Becherwand ist nur zu verzinnen, um dieser Verformung standzuhalten. Das Problem hierbei ist nicht nur, dass die Wand zu dünn ist, sondern auch, dass der Becher zu klein ist, um eine solche Verformung zu verkraften. Wenn der Becher etwas größer wäre, was bei dem Design aus meinem anderen Harmonic-Drive-Video der Fall wäre, könnte er sich viel besser elastisch verformen.

Noch wichtiger ist die Länge des Flex-Splines, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Allerdings habe ich hier versucht, die beiden Getriebe auf die gleiche Größe zu bringen, also habe ich immer wieder versucht, es so zum Laufen zu bringen. 

Ich habe versucht, es dieses Mal mit einem anderen Filament und einer um 3 Linien erhöhten Wandstärke in 3D zu drucken, aber es scheiterte schnell wieder. 

Das zweite Problem bestand darin, dass der Wellengenerator nicht den richtigen Kontakt mit dem Flex-Spline herstellte. Wir können hier erkennen, dass das obere Lager den Flex-Spline überhaupt nicht berührt, nur die beiden anderen hatten Kontakt.

Also habe ich den Wellengenerator so modifiziert, dass er nur ein Lager hat, und das hat die Bewegung verbessert.

Ein weiteres Problem war, dass die Innenfläche des Flex-Splines, an der das Lager Kontakt hatte, nicht so glatt war. Das liegt an der Zinnwand und daran, dass beim 3D-Druck nur eine Wandlinie hinter den Zähnen des Flex-Splines verlief und die Oberfläche daher nicht glatt war.

Durch die Erhöhung der Wandstärke, um beim 3D-Druck eine weitere Wandlinie unterzubringen, wurde die Oberfläche deutlich glatter. Hier verwende ich also eine Wandstärke von 4 Linien oder 1,6 mm Dicke und die Bewegung wurde verbessert. 

Allerdings gab es noch ein weiteres Problem. In meiner Slicing-Software habe ich für die Z-Nahtausrichtung „Benutzerdefiniert“ verwendet, was bedeutete, dass der Startpunkt jedes Pfads an derselben Stelle lag und das Teil dadurch eine weitere auffällige Unebenheit auf der Oberfläche aufwies.

Um dies zu vermeiden, habe ich die Z-Nahtausrichtung auf „Zufällig“ gestellt und so wieder eine glattere Oberfläche und eine bessere Bewegung erhalten.

Harmonische vs. Zykloide – Vergleich

Also gut, sehen wir uns nun an, wie sich die beiden Getriebe im Hinblick auf Genauigkeit, Effizienz und Haltbarkeit vergleichen lassen. 

Spiel

Hier befindet sich auf der linken Seite der harmonische Antrieb und auf der rechten Seite der Zykloidenantrieb. Die Wiederholgenauigkeit des Zykloidenantriebs ist ziemlich gut, aber sobald wir eine Last aufbringen, können wir das Spiel sehen, das er hat.

Bei einem Abstand von 15 cm ergab sich bei Krafteinwirkung in beide Richtungen ein Spiel von etwa 6,5 mm. 

Andererseits hatte der harmonische Antrieb die gleiche gute Wiederholgenauigkeit wie der Zykloidenantrieb. Bei Krafteinwirkung in beide Richtungen zeigte sich jedoch ein größeres Spiel, mit 8 mm Spiel bei einem Abstand von 15 cm.

Wenn wir das Spiel im Ruhezustand und mit nur geringer Krafteinwirkung beobachten, zeigte der harmonische Antrieb bessere Ergebnisse. Hier fühlte es sich so an, als gäbe es überhaupt kein Spiel, denn selbst bei der geringsten Berührung leistete der Ausgang einen gewissen Widerstand. Beim Zykloidenantrieb waren es dagegen rund 2 mm völlig freies Spiel des Abtriebs bei gleichem Abstand von 15 cm.  

Bei Anwendung einer etwas größeren Kraft zeigte der Zykloidenantrieb jedoch etwas bessere Ergebnisse, nämlich 5,5 mm Spiel, während der harmonische Antrieb bis zu 7 mm Spiel aufwies.

Drehmoment 

Ok, werfen wir jetzt einen Blick auf die Drehmomentausgänge. Hier ist der erste Versuch des Zykloidenantriebs und Knalls. 22N im Abstand von 15mm und schon ist etwas kaputt gegangen.

Ich habe den Deckel herausgenommen und dabei war die Abtriebswelle kaputt. Ich habe jetzt ein neues aus weißem PLA und mit höherer Fülldichte und höherer Temperatur gedruckt, um das Teil stärker zu machen.

Beim nächsten Lauf ging also nichts kaputt und das maximale Drehmoment betrug 32 N bei einem Abstand von 15 cm, was einem Drehmoment von 4,8 Nm entspricht.

Verglichen mit dem Drehmoment, das dieser NEMA17-Schrittmotor ohne Getriebe liefert, etwa 2 N bei einem Abstand von 15 cm oder 0,3 Nm Drehmoment, ist das eine etwa 16-fache Steigerung. Das entspricht einem Wirkungsgrad von etwa 65 %, da das Untersetzungsverhältnis 25:1 beträgt und wir unter idealen Bedingungen eine 25-fache Drehmomentsteigerung erzielen sollten, aber wir haben nur eine 16-fache Steigerung erreicht. 

Der harmonische Antrieb lieferte genau das gleiche Ergebnis von 32 N bei einem Abstand von 15 cm oder 4,8 Nm Drehmoment. Auch das ist der gleiche Wirkungsgrad von rund 65 %. Für mich war das etwas überraschend, da ich erwartet hatte, dass der harmonische Antrieb noch weniger effizient sein würde als der Zykloidenantrieb. 

Da der NEMA17 also sein Maximum bei 4,8 Nm erreichte, habe ich ihn durch einen großen NEMA23-Schrittmotor ersetzt, indem ich die Eingangswelle und die Montagehalterung ausgetauscht habe.

Dieses Ding allein hat ein Drehmoment von 3 Nm. Ich habe zunächst versucht, es mit demselben 15-cm-Holzstab zu testen, aber bei 80 N oder 12 Nm Drehmoment ist es einfach kaputt gegangen. 

Ich habe es durch einen stärkeren Sperrholzstab ersetzt und eine Kraft von 30 N in einem Abstand von 50 cm gemessen. Das ist ein Drehmoment von 15 Nm, das nur fünfmal höher ist als die 3 Nm, die der Stepper selbst erzeugt.

Hier war nicht der Schrittmotor voll ausgelastet, sondern der Zykloidenantrieb begann zu springen. Ein Blick ins Innere ergab, dass die Zykloidenscheibe im Kontaktbereich mit dem Exzenterlager gebrochen war.

Ich habe neue Scheiben mit 4 Wandlinien und erhöhter Fülldichte gedruckt und es erneut getestet. Jetzt erreichte der Zykloidenantrieb eine Kraft von 43 N bei einer Entfernung von 0,5 m, das sind etwa 4,4 kg bei einer Entfernung von einem halben Meter oder 21,5 Nm Drehmoment.

Es fing erneut an zu hüpfen und es trat eine Menge Gegenreaktion auf, was bedeutet, dass ein weiterer Fehler vorliegt. Ein Blick ins Innere offenbarte eine Verformung der Form der Zykloidenscheiben.

Das wäre also das maximale Drehmoment, das dieser Zykloidenantrieb bewältigen kann. Obwohl das nur eine siebenfache Drehmomentsteigerung ist, finde ich es dennoch beeindruckend, da es sich um wirklich große Lasten handelt, wenn man bedenkt, dass es sich um einen 3D-Drucker und ein so kleines Getriebe handelt. 

Beim NEMA23-Schrittmotor hingegen fiel der Harmonic Drive gleich aus. Es gibt einfach keine Möglichkeit, dass der harmonische Antrieb so viel Drehmoment bewältigen kann wie der Zykloidenantrieb. Die Flex-Spline-Wände sind einfach zu dünn und das PLA-Material zu schwach. 

Was die Haltbarkeit betrifft, ist es das Gleiche. Der Zykloidenantrieb kann viel länger halten als der harmonische Antrieb.

Natürlich sprechen wir hier von 3D-gedruckten Antrieben. 

Schlussfolgerung

Was ist also mein endgültiges Urteil:Was ist besser ein 3D-gedruckter harmonischer Antrieb oder ein 3D-gedruckter Zykloidenantrieb? 

Nun ja, die Antwort ist die unpopulärste, das kommt darauf an. Ich meine, angesichts der Ergebnisse dieser speziellen Antriebe würde ich den Zykloidenantrieb als Höhepunkt bezeichnen. Es bietet höhere Drehmomente, ist zuverlässiger und langlebiger. Natürlich gibt es auch Raum für eine Verbesserung des Spiels, wenn wir die Zykloidenscheiben noch präziser machen.

Andererseits kann der Harmonic-Antrieb in Bezug auf das Spiel definitiv besser sein, aber das Problem ist die Haltbarkeit des Flex-Splines. Ich meine, es bewältigte die NEMA17-Schrittlasten genauso wie der Zykloidenantrieb, was in Ordnung war. Um die Haltbarkeit zu verbessern, bräuchten wir jedoch ein anderes Design des Flex-Splines, ein größeres und längeres, wodurch der Harmonic Drive einige Punkte bei der Kompaktheit verlieren würde.

Auch ein anderes 3D-Druckmaterial würde helfen. Zum Beispiel war der letzte Flex-Spline, den ich gemacht habe, in Ordnung, bis die Ausgabe am nächsten Tag noch ruckartiger wurde. Mir wurde klar, dass der PLA-Flex-Spline eine plastische Verformung erfahren hatte, allein durch das Sitzen in einer Position über Nacht.

Lassen Sie mich im Kommentarbereich wissen, welche Erfahrungen Sie mit harmonischen und zykloiden Antrieben gemacht haben.

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Tutorial gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Fühlen Sie sich frei, Ihre Fragen im Kommentarbereich unten zu stellen.