サイクロイドドライブ

サイクロイドドライブまたはサイクロイド減速機は、入力軸の速度を一定の比率で減速する機構です。サイクロイド減速機は、非常に低いバックラッシュでコンパクトなサイズで比較的高い減速比を実現できます。^[1]

入力シャフトは偏心ベアリングを駆動し、偏心ベアリングはサイクロイド ディスクを偏心サイクロイド運動で駆動します。このディスクの周囲は固定リング ギアにギア接続されており、ディスクの面を貫通する一連の出力シャフト ピンまたはローラーがあります。これらの出力シャフト ピンは、サイクロイド ディスクが回転するときに出力シャフトを直接駆動します。ディスクの半径方向の動きは出力シャフトには伝わりません。

入力軸は転がり軸受（通常は円筒ころ軸受）に偏心して取り付けられており、サイクロイドディスクが円を描いて揺れ動きます。^[2]サイクロイドディスクはリングギアに押し付けられると、ベアリングの周りを独立して回転します。これは遊星歯車機構に似ています。ディスクと出力の回転方向は、入力軸の回転方向と逆です。

リング ギアのピンの数は、サイクロイド ディスクのピンの数よりも多くなっています。これにより、サイクロイド ディスクは、入力シャフトの回転よりも速くベアリングの周りを回転し、入力シャフトの回転と反対方向に全体的に回転します。

サイクロイド ディスクには、内部に入る出力ローラー ピンよりも大きい (入力シャフトの偏心と同じ量だけ大きい) 穴があります。出力ピンは穴の中で動き回り、サイクロイド ディスクの揺れから出力シャフトの安定した回転を実現します。

サイクロイドドライブの減速率は次の式で求められます。ここで、Pはリングギアのピンの数、L はサイクロイドディスクのローブの数です。

${\displaystyle r={\frac {PL}{L}}}$

単段効率は93%に近づき、二段効率は86%に近づきます。^[3]単段減速比は最大119:1、二段減速比は最大7,569:1まで市販されています。^[4]

サイクロイドディスクは通常、ディスクの偏心と高速時の不均衡力を最小限に抑えるために、サイクロイドを短くして設計されています。 ^[5]このため、2つのサイクロイドディスクは180°オフセットして取り付けられることがよくあります。

現代の精密ドライブの多くは、出力力も伝達する複数のシャフトを介して偏心運動を提供します。通常、最も基本的な設計の出力ローラーと同じ円形パターンで配置された 2 ～ 5 本のシャフトです。シャフトは、中央の入力シャフトによって遊星歯車のようなギアを介して駆動されます。これらのシャフトは常に入力ギアによって位置合わせされているため、出力は断続的な表面接触ではなくローラー ベアリングを介して伝達されます。遊星入力のため、これは実質的に 2 段階ドライブであり、高速ブラシレス モーターによって直接駆動されるように設計できます。このタイプは、ロボット アクチュエータでよく使用されます。

ドライブの偏心特性により、サイクロイド ディスクが 2 番目のディスクまたはカウンターウェイトによってバランスが取れていない場合、駆動シャフトと本体に伝わる振動が発生します。これにより、サイクロイド ディスクの外側の歯とコンポーネント ベアリングの摩耗が増加します。2 つのディスクを使用すると、静的アンバランスは修正されますが、わずかな動的アンバランスが残ります。これは、ほとんどのアプリケーションで一般的に許容できると見なされます。振動を減らすために、高速ドライブでは 3 つ以上のディスクを使用してアンバランスを修正します。外側のディスクは、質量が 2 倍の中央のディスクと反対方向に、同時に動きます。

サイクロイド ドライブは、インボリュート ギアボックスとは異なり、サイズがコンパクトでありながら、バックラッシュがゼロでトルク容量が大きいという特長があります。低速で高トルクが必要な状況で役立ちます。サイクロイド ドライブは、遊星歯車装置などのギア ベースのトランスミッションよりも、サイズの割に接触面積がかなり大きい設計になっている場合があります。一度に多数の歯に力を加えるため、スライド接触が必要になるという代償を払うことで、サイズの割に非常に高いトルク出力が可能になります。

• 遊星歯車装置
• サイクロイドギア– サイクロイドに基づいたギアの歯の形状
• ハーモニックドライブ

ウィキメディア・コモンズには、サイクロイド歯車に関連するメディアがあります。

• ダラリサイクロイド減速機
• 時計のメカニズム - 15:1 減速のサイクロイド駆動(YouTube)
• Cogulator – YouTubeでサイクロイド ドライブの動作をデモンストレーション