Przekładnia planetarna dla automatyki przemysłowej: 7 kluczowych czynników wydajności

Na suwnicy typu pick-and-place serwomotor o mocy 750 W pracujący z prędkością 3000 obr./min musi dostarczać moment obrotowy od 25 do 30 Nm na wale wyjściowym i zatrzymywać się w odległości 0,05 mm od zaprogramowanej pozycji, 90 razy na minutę, trzy zmiany dziennie. Napęd zapewnia prędkość i pętlę sterowania. Przekładnia planetarna przykręcona do kołnierza silnika decyduje o tym, czy po dwunastu miesiącach produkcji to 0,05 mm nadal wynosi 0,05 mm, czy też rozwarło się do 0,4 mm.

O wyniku decyduje pięć czynników wydajności: luz i sztywność skrętna, gęstość momentu obrotowego mierzona w stosunku do rzeczywistego współczynnika pracy, utrata wydajności na stopień i generowane przez nią ciepło, trwałość łożyska wyjściowego pod obciążeniem promieniowym oraz pakiet uszczelnień i smarowania dostosowany do środowiska zakładu. Źle ocenisz dwa z nich na arkuszu wymiarowym, a oś zostanie przeprojektowana w warsztacie, a nie na papierze.

Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd., znana jako SGR , buduje przekładnie planetarne, przekładnie ślimakowe z podwójnym płaszczem i reduktory kombinowane do automatyki przemysłowej i ciężkich maszyn, dlatego poniższe kryteria dotyczą tego, co faktycznie zawodzi, zużywa się lub dryfuje na działającej linii.

Jaki wkład przekładni planetarnej w zautomatyzowaną oś

Przekładnia planetarna zwielokrotnia moment obrotowy i dzieli prędkość wejściową, dzieląc obciążenie na trzy lub więcej przekładni planetarnych, które stykają się jednocześnie z kołem słonecznym i wewnętrznym kołem koronowym, a to jednoczesne zazębienie zapewnia wszystkie korzyści i każdą wynikającą z tego pułapkę rozmiaru.

Przekładnia planetarna to reduktor współosiowy, w którym centralne koło słoneczne napędza kilka przekładni planetarnych zamontowanych na obrotowym nośniku; planety toczą się wewnątrz koła koronowego, więc przenoszone obciążenie jest dzielone na wiele par zębów zamiast na jedną siatkę.

Na zautomatyzowanej osi liczą się trzy konsekwencje:

• Stosunek na stopień wynosi od 3:1 do około 10:1, więc dwa stopnie osiągają w przybliżeniu 100:1, a trzy stopnie osiągają 1000:1 w obudowie krótszej niż porównywalna jednostka śrubowa.
• Podział obciążenia na trzy do pięciu przekładni planetarnych zmniejsza siłę działającą na każdą parę zębów, co zwiększa gęstość momentu obrotowego i sztywność skrętną oraz zmniejsza hałas wytwarzany przez konstrukcję z pojedynczym zazębieniem.
• Wały wejściowy i wyjściowy znajdują się na tej samej linii środkowej, więc kołnierz jednostki można zamontować bezpośrednio na serwosilniku bez przesuwania osi maszyny.

Te same właściwości tworzą tryby awarii. Jednostka o średnim momencie obrotowym będzie wbijać zęby planetarne na długo przed osiągnięciem przez łożysko wyjściowe znamionowej trwałości.

Luz i sztywność skrętna: pierwszy czynnik wydajności

Luz kątowy to luz kątowy mierzony na wale wyjściowym, gdy sygnał wejściowy zmienia kierunek i przekształca się bezpośrednio w błąd pozycjonowania: 1 min łuku wynosi około 0,15 mm dla ramienia 500 mm, 3 min łuku to 0,44 mm, a 8 do 12 min kąta w jednostce przemysłowej ogólnego przeznaczenia wynosi 1,16 mm lub więcej.

ISO 1328-1:2013 definiuje stopnie dokładności przekładni od 0 do 12, a zestawy planetarne klasy automatycznej są zwykle przycinane do klasy 6 lub 7, co pozwala na gwarancję 3 min łuku bez ręcznego docierania każdej jednostki. Zestaw klasy 5 można zamówić za 1 minutę łuku, po wyższej cenie i dłuższym czasie realizacji.

Sztywność to druga połowa tej samej specyfikacji. Luz informuje, jak daleko przemieści się oś, zanim zablokuje się ścieżka obciążenia; sztywność skrętna, wyrażona w Nm na minutę łuku, mówi, jak daleko ugina się po przyłożeniu obciążenia. Obie liczby znajdują się na arkuszu wyboru, a interakcja między nimi na osi serwa jest badana w tym przeglądzie determinanty luzów w pozycjonowaniu robotycznym .

Gęstość momentu obrotowego, współczynnik serwisowy i wybór przełożenia

Dobieraj przekładnię planetarną pod kątem maksymalnego momentu obrotowego, a nie nominalnego, ponieważ serwooś rutynowo przykłada 200% do 300% znamionowego momentu obrotowego przez kilkaset milisekund podczas przyspieszania i hamowania. Ocena obejmująca wyłącznie ciągły moment obrotowy spowoduje wbicie zębów planety w pierwszym roku pracy maszyny o dużej liczbie cykli.

Zastosuj współczynnik pracy wynoszący co najmniej 1,5 w przypadku automatyzacji na jedną zmianę i 2,0 w ​​przypadku pracy 24/7, a następnie porównaj wynik z faktycznie potrzebnym współczynnikiem. Przełożenie, klasa luzu i liczba stopni nie są niezależnymi wyborami: dodanie stopnia w celu osiągnięcia wyższego współczynnika kosztuje około 3 punkty procentowe wydajności i zwiększa luz przy każdym oczku.

Przekładnia planetarna o wysokim momencie obrotowym serii N Przejrzyj tę jednostkę serii N, dopasowując współczynnik serwisowy, przełożenie, luz i liczbę stopni, zanim potwierdzisz szczytowy moment obrotowy i obliczenia obciążenia ISO 6336. Zobacz produkt →

Jeżeli cykl pracy obejmuje częste cofanie lub dużą bezwładność odbitą, przed wydaniem zamówienia należy potwierdzić szczytowy moment obrotowy, liczbę szczytowych cykli na godzinę oraz współczynniki bezpieczeństwa podstawy zęba i powierzchni przyłożenia obliczone zgodnie z normą ISO 6336.

Wydajność, ciepło i cykl pracy

Każdy stopień planetarny traci około 2–3% przechodzącej przez niego mocy, więc jednostka jednostopniowa zwraca około 97%, dwa stopnie około 94%, a trzy stopnie około 91%. Brakujący procent nie znika; opuszcza obudowę w postaci ciepła.

Parametry termiczne podawane są w określonym otoczeniu, zwykle 40 stopni, i w określonej pozycji montażowej. Jednostka, która jest odpowiednia pod względem termicznym w nieruchomym powietrzu, może się przegrzać w szczelnej obudowie, a wyższy współczynnik serwisowy jest najtańszym rozwiązaniem: wybiera następny rozmiar ramy, co zwiększa powierzchnię promieniującą, zanim znacznie zwiększy koszt.

Trwałość łożyska wyjściowego, obciążenia promieniowe i interfejs montażowy

Łożysko wyjściowe, a nie zęby przekładni, jest pierwszym elementem, który przekracza margines na osi napędzanej paskiem, łańcuchem lub zębnikiem. Katalogowa trwałość łożysk jest obliczana zgodnie z normą ISO 281 i zwykle podawana jako wartość znamionowa L10 wynosząca 20 000 godzin przy obciążeniu znamionowym, czyli punkcie, w którym 90% populacji przeżywa ten czas.

Współosiowa przekładnia planetarna o wysokim momencie obrotowym, montowana na podstawie serii N Należy rozważyć tę współosiową jednostkę montowaną na podstawie, gdy trwałość łożyska wyjściowego, obciążenie poprzeczne, obciążenie osiowe i liczba uruchomień na godzinę regulują oś napędzaną. Zobacz produkt →

Podaj producentowi trzy liczby: obciążenie promieniowe i punkt przyłożenia wzdłuż wału wyjściowego, obciążenie osiowe i liczbę uruchomień na godzinę. Obciążenie poprzeczne przyłożone o 25 mm dalej niż zakładano, może zmniejszyć o połowę obliczoną trwałość łożyska.

Środowisko, uszczelnianie i smarowanie

O klasie ochrony i smarowaniu decyduje zakład, a nie strona katalogu. Stopień ochrony IP65 zgodny z IEC 60529 to praktyczne minimum w przypadku obecności wody, kurzu lub drobnych cząstek metalu.

• Zespoły uszczelnione smarem na cały okres eksploatacji eliminują wymianę oleju, ale charakteryzują się niższą ciągłą granicą termiczną niż ramy smarowane olejem o tej samej wielkości.
• Jednostki smarowane olejem, w których stosuje się mineralny lub syntetyczny olej przekładniowy zgodny z normą ISO VG 220, lepiej radzą sobie z wyższymi prędkościami i pracą ciągłą, kosztem okresów między wymianami oleju.
• W obszarach związanych z żywnością, farmaceutyką i opakowaniami zwykle stosowane są smary zarejestrowane przez NSF H1, które należy wybrać przed montażem urządzenia, a nie po nim.
• Ekstremalne warunki otoczenia, poniżej minus 10 stopni lub powyżej 45 stopni, zmieniają wybór środka smarnego i mogą wymagać grzejnika lub wentylatora.

Sześcioetapowa sekwencja wyboru dla maszyn zautomatyzowanych

Dopasuj skrzynię biegów do cyklu pracy w sześciu krokach i zapisz liczbę za każdym krokiem, aby późniejszą zmianę można było powiązać z decyzją, a nie zgadywaniem.

Przekładnia planetarna do zastosowań z napędem obrotowym Użyj tej przekładni planetarnej podczas dopasowywania etapów cyklu pracy; jeśli sprawdzenie się nie powiedzie, rozważ większą ramkę przed zmianą współczynnika na niższy. Zobacz produkt →

Jeśli dany krok się nie powiedzie, zwiększ rozmiar klatki przed przejściem do niższego współczynnika; przewymiarowanie ramy jest odwracalne, przewymiarowanie nie.

Luz, gęstość momentu obrotowego, wydajność, trwałość łożysk i uszczelnienie to pięć czynników, które odróżniają tolerancję przekładni planetarnej przez dziesięć lat od tej, która staje się pozycją w dzienniku konserwacji. Określenie wszystkich pięciu w odniesieniu do rzeczywistego cyklu pracy zajmuje jedno popołudnie; ich skorygowanie po uruchomieniu wymaga wyłączenia.