Redukcia prevodovky pre servomotor: 5 výberových kritérií Inžinieri často chýbajú

Servomotor s rýchlosťou 3 000 otáčok za minútu nedodáva ramenu dopravníka takmer žiadny využiteľný krútiaci moment – ​​pokiaľ niečo nesedí medzi hriadeľom motora a nákladom. To niečo je a reduktor prevodovky pre servomotor a výber nesprávneho stojí viac ako samotný diel. Stojí to presnosť polohovania, životnosť a v presnej automatizácii vás to stojí zamietnutie na výrobnej linke.

Tento článok obsahuje päť kritérií výberu, ktoré inžinieri často prehliadajú – nie tie, ktoré sú zrejmé z údajového listu, ale tie, ktoré oddeľujú systém, ktorý funguje, od systému, ktorý trvá sotva rok.

Najprv pochopte medzeru krútiaceho momentu

Servomotory sú optimalizované pre vysokorýchlostný výstup s nízkym krútiacim momentom. 750 W servo bežiace pri 3 000 ot./min. produkuje približne 2,4 Nm trvalého krútiaceho momentu. Väčšina priemyselných záťaží – robotické spoje, CNC osi, laserové rezacie portály – potrebuje na spoľahlivú prevádzku 30 až 150 Nm. Reduktor so servomotorom premosťuje túto medzeru výmenou rýchlosti za krútiaci moment v definovanom pomere.

Násobenie je lineárne: reduktor 20:1 na tom istom 750W servo poskytuje približne 48 Nm na výstupnom hriadeli (čo zodpovedá ~98% účinnosti na stupeň v dobre navrhnutej planetárnej jednotke). Pomer je vaše najzákladnejšie rozhodnutie a všetko závisí od jeho správneho nastavenia.

5 čísiel, ktoré skutočne určujú správny reduktor

1. Výstupný krútiaci moment – menovitý vs. vrchol

Potvrďte požiadavky na nepretržitý aj špičkový krútiaci moment. Napríklad planétový reduktor série MKT pokrýva rozsah menovitého výkonu 27-180 Nm naprieč veľkosťami rámu 064 až 255, s kuželíkovými ložiskami, ktoré zvládajú radiálne zaťaženie od 370 N do 8 500 N. Ak má vaša aplikácia rázové zaťaženie – cykly štart-stop, náhle zmeny – maximálny krútiaci moment musí prekročiť vypočítaný najhorší prípad, nielen priemer.

2. Vôľa

Pre polohovací systém je vôľa nepriateľom opakovateľnosti. Presné planétové reduktory dosahujú tak nízke ako 3 oblúkové minúty , čo znamená približne 0,05° uhlovej vôle. To znie málo. Na 500 mm ramene 3 oblúkové minúty vytvoria chybu hrotu približne 0,44 mm – prijateľné pre niektoré dopravníky, neprijateľné pre laserové rezanie alebo manipuláciu s polovodičmi. Predtým, než určíte stupeň vôle, poznajte svoj rozpočet na toleranciu.

3. Rozsah prevodového pomeru

Väčšina servo aplikácií spadá medzi 5:1 a 50:1. Jednostupňové planetárne konštrukcie zvyčajne pokrývajú 4:1 až 10:1; dvojstupňové konfigurácie to rozširujú na 100:1 bez reťazenia samostatných prevodoviek. Séria MKT zahŕňa 4:1 až 100:1 v jednostupňových aj dvojstupňových konfiguráciách – rozsah dostatočne široký na to, aby obsluhoval vysokorýchlostné osi s ľahkým zaťažením aj pomalé mechanizmy s vysokou silou v rovnakej skupine produktov.

4. Radiálna a axiálna nosnosť

Tie sú takmer vždy nedostatočne špecifikované. Inžinieri starostlivo vypočítajú krútiaci moment motora a potom prehliadnu bočné zaťaženie spôsobené ozubenými kolesami, remenicami alebo napnutím remeňa na výstupnom hriadeli. Radiálna zaťažiteľnosť na planétových reduktoroch sa výrazne mení s veľkosťou rámu – od 370 N pri najmenšom ráme po 8 500 N pri ráme 255. Dimenzujte prevodovku podľa skutočných síl na hriadeli, nielen podľa krútiaceho momentu.

5. Kompatibilita vstupu (príruba AD)

Motor s redukčnou prevodovkou funguje čisto len vtedy, keď je na to navrhnuté mechanické rozhranie. Hľadajte integrovanú prírubu AD adaptéra a presne opracovanú vstupnú objímku, ktorá eliminuje radiálne hádzanie na spojke. Nedbalé spojenia medzi motorom a redukciou spôsobujú vibrácie, ktoré nedokáže eliminovať žiadne ladenie serva.

Prečo planetárna architektúra dominuje servoaplikáciám

V porovnaní so závitovkovými prevodovkami a špirálovými radovými jednotkami, planétové reduktory rozdeľujú zaťaženie na tri alebo viac planétových kolies súčasne. To im dáva najvyššiu hustotu krútiaceho momentu na jednotku objemu zo všetkých bežných typov reduktorov – kritické, keď sa obálky stroja zmenšujú a počet osí stúpa.

Medzi kľúčové výkonnostné výhody pri párovaní servomotorov patrí takmer nulová radiálna vôľa (kritická pre stabilitu spätnej väzby), symetrické rozloženie zaťaženia, ktoré minimalizuje vychýlenie krytu a účinnosť zvyčajne nad 95 % na stupeň – čo znamená, že spotreba elektrickej energie motora sa premieta priamo do výstupnej práce a nie tepla.

Kde tieto systémy prinášajú najväčšiu hodnotu

Párovanie presného planétového reduktora so servomotorom je predvolenou architektúrou v náročných prostrediach riadenia pohybu. Bežné scenáre nasadenia zahŕňajú:

• Robotické ramená a roboty SCARA — každý kĺb potrebuje nezávislé násobenie krútiaceho momentu s minimálnou vôľou, aby sa zabránilo kumulatívnej chybe polohovania naprieč viacerými osami.
• CNC osi obrábacích strojov — rýchle rýchlosti posuvu v kombinácii s vysokými reznými silami vyžadujú zníženie rýchlosti a pevný prenos krútiaceho momentu.
• Laserové rezacie portály — Presnosť dráhy pri vysokých rýchlostiach posuvu závisí od takmer nulovej vôle a vysokej torznej tuhosti celého hnacieho ústrojenstva.
• Polovodičové a fotovoltaické zariadenia — Tolerancie polohovania na úrovni mikrónov spôsobujú, že stupeň vôle a axiálna tuhosť sú nesporné.
• Automaticky riadené vozidlá (AGV) — kompaktný tvarový faktor a manipulácia s vysokým radiálnym zaťažením sú rozhodujúce pre aplikácie pohonu kolies a osi riadenia.

Pri objednávaní sa vyvarujte troch chýb

Po prvé, nikdy nemerajte len podľa menovitého krútiaceho momentu. Vždy aplikujte servisný faktor 1,5× až 2× pre aplikácie s častým štartovaním, reverzáciou alebo premenlivým zaťažením. Po druhé, skontrolujte, či je prítomné vnútorné olejové tesnenie – bez neho mazivo migruje do motora počas vertikálnej montáže a zničí tesnenia snímača v priebehu niekoľkých mesiacov. Po tretie, špecifikujte veľkosť rámu na základe výpočtov zaťaženia hriadeľa, nielen krútiaceho momentu. Reduktor s primeraným menovitým krútiacim momentom, ale poddimenzovanou radiálnou zaťažiteľnosťou zlyhá v ložisku, nie v ozubenom kolese.

Správnosť týchto troch prvkov neprispieva k nákladom na súčiastky. Ich nesprávne určenie výrazne znásobí vaše celkové náklady na vlastníctvo.