Planetarni mjenjač sa spiralnim naspram cilindričnog mjenjača: koji daje manji zazor i veći zakretni moment?

Kada se krajnji efektor robotske ruke pomakne za pola milimetra nakon hladne zimske noći, prvi osumnjičeni obično je koder. Ali nakon što zamijenite enkoder i zanošenje se vrati, pravi problem često leži u zazoru mjenjača. Isto se događa na rotirajućim stolovima, transportnim trakama za indeksiranje i upravljačkim osovinama AGV-a: ono što izgleda kao problem upravljanja zapravo je mehanički razmak između motora i opterećenja.

Za svaki precizni pogon koji treba kombinirati mali zazor s velikim okretnim momentom, izbor reduktora obično se svodi na dvije arhitekture: spiralni planetarni i spur planetarni. Nakon usporedbe u našoj proizvodnji i instalacijama na terenu, zaključak je jasan. Spiralni planetarni mjenjači isporučuju manji zazor i veći zakretni moment po veličini okvira, i to bez žrtvovanja upotrebljive razine učinkovitosti. Planetarni mjenjači s čeličnim mjenjačima još uvijek imaju mjesto u dizajnu koji je usmjeren na troškove ili učinkovitost kritičan, ali razlika u zazoru i gustoći momenta je stvarna i mjerljiva.

Zazor: Gdje spiralno vuče naprijed

Zazor je kutni zazor izmjeren na izlazu mjenjača kada se ulaz okrene. Definira koliko se teret može okretati prije nego što zupci na gonjenoj strani dođu u kontakt. Za čelni planetarni mjenjač, ​​zupci zahvaćaju duž cijele linije paralelne s osi zupčanika. To mrežu čini strukturno jednostavnom, ali također nameće minimalni razmak zuba ili zupčanici vežu. Na našim serijama SPE i SPF, standardna zračnost se isporučuje na 10 do 15 kutnih minuta, dok vrhunske verzije za tlo dosežu 5 do 8 kutnih minuta.

Spiralni planetarni mjenjači koriste zube izrezane pod kutom spirale, obično 15 do 20 stupnjeva. Mreža se postupno zahvaća od jednog ruba zuba do drugog. Ovaj kotrljajući kontakt omogućuje zupcima da se čvršće ulegnu. Standardni spiralni mjenjač serije FB može izdržati 3 do 5 kutnih minuta, a FL nizak zazor može držati 1 do 3 kutna minuta bez potrebe za posebnim podesivim mehanizmom.

Vidljiva posljedica na razini stroja je sljedeća: reduktor 10:1 s izlaznim zazorom od 12 lučnih minuta pretvara se u pogrešku pozicioniranja od 0,2 mm na radijusu ruke od 150 mm. Isti reduktor sa spiralnom mrežom od 3 lučna minuta proizvodi ispod 0,05 mm. Ta je razlika često granica između prerade palete i njezine otpreme.

Tipične specifikacije na razini proizvodnje

Zhejiang Saiya spiralni planetarni mjenjači serije FB i FL izrađeni su za ovaj prozor s manjim zazorom i većim zakretnim momentom. Pokrivaju veličine okvira od 60 mm do 220 mm i dostupni su sa standardnim ili preciznim ocjenama zazora.

Spiralni planetarni mjenjač serije FB za precizne primjene Serija FB nudi izlaz s pravokutnom prirubnicom i helikoidne zupčanike s omjerima redukcije od 3 do 100 i zazorom od 3-5 kutnih minuta, prikladnim za primjene koje zahtijevaju točnost i tih rad. Pogledajte proizvod →

Kapacitet zakretnog momenta: Kako spirala dobiva 20-30%

Prednost zakretnog momenta spiralnog planetarnog mjenjača dolazi od omjera kontakta. U špurnoj mreži, jedan par zuba nosi puni teret dok sljedeći par ne uđe u zahvat. U spiralnoj mreži, kut spirale uzrokuje da dva ili tri para zuba istovremeno dijele opterećenje. Za tipični kut spirale od 20 stupnjeva, omjer kontakta raste s oko 1,8 na 2,4, raspoređujući pogonsku silu preko veće površine zuba.

U praksi, to omogućuje spiralnom planetarnom mjenjaču da postigne 20 do 30 posto veći kontinuirani okretni moment od ekvivalentne cilindrične jedinice s istom veličinom okvira. Korist je najvažnija u dva slučaja.

Prvi slučaj je promjenjivi smjer opterećenja. Rotacijski stol za CNC stroj mijenja smjer dok vreteno još uvijek reže. Spur jedinica dopušta teretu da prijeđe prazninu uz zvučni klik, a udarna sila pogađa jedan korijen zuba. Spiralna jedinica apsorbira to preokretanje u kontinuiranom kotrljajućem kontaktu, što smanjuje vršni stres zuba i pomaže u sprječavanju pitinga.

Drugi slučaj su udarna opterećenja. Kada se pokretna traka iznenada preoptereti ili se ruka robota zaustavi, udar se prvo širi kroz mrežu zupčanika. Veći omjer kontakta spiralne mreže širi taj udar preko više zuba, što smanjuje mogućnost loma zuba ili oštećenja ruba.

Razlog zašto motor s planetarnim zupčanicima može postići ovu visoku gustoću zakretnog momenta je način na koji sunčani zupčanici, planetni zupčanici i prstenasti zupčanici dijele opterećenje. Napisali smo posebnu analizu zašto motori s planetarnim reduktorima isporučuju veći okretni moment od standardnih motora , pokrivajući isti princip raspodjele opterećenja koji se primjenjuje na stupanj mjenjača. Helikopterska geometrija zuba to dodatno povećava.

Učinkovitost i buka: kompromis koji ne možete zanemariti

Isti kut spirale koji poboljšava zazor i moment također uvodi klizni kontakt između zuba. To klizanje stvara više trenja od kontakta kotrljanja čelične mreže, tako da spiralni planetarni mjenjač obično radi 1 do 2 postotna boda manje učinkovito od čelične jedinice istog omjera. U jednostupanjskom reduktoru to znači 94 do 96 posto učinkovitosti u usporedbi s 96 do 98 posto za spur. Za višestupanjsku jedinicu razlika može doseći 3 do 4 boda.

Sa strane buke, spiralni dizajn jasno pobjeđuje. Progresivni zahvat zuba sprječava iznenadni udar kontakta punom širinom. U našim mjerenjima, spiralni planetarni mjenjač od 42 mm radi 6 do 10 dB(A) tiše od ekvivalentne cilindrične jedinice pri istoj brzini i opterećenju. To je razlika između stroja koji može sjediti pokraj operatera i onog koji zahtijeva akustično kućište.

Za strojeve s kontinuiranim radom kao što su pokretne trake za pakiranje, potrošnja energije može dominirati odlukom. Za precizne strojeve u medicinskom uređaju, čistoj sobi ili maloj radionici, buka često dominira. Pravi izbor ovisi o tome koje je ograničenje obvezujuće.

Okvir praktične odluke za odabir planetarnog reduktora

Ovo je rutina donošenja odluka koju naši inženjeri koriste s klijentima. Počinje od stroja, a ne od mjenjača.

1. Pretvorite toleranciju pozicioniranja krajnjeg efektora u zahtjev za izlaznim zazorom. Ako vaša os mora držati 0,02 mm na kraku od 150 mm, izlazna kutna pogreška ne smije premašiti oko 7,6 lučnih minuta. Nakon dijeljenja s omjerom reduktora, reduktor 10:1 mora održavati izlazni zazor ispod 0,8 kutnih minuta. To eliminira gotovo sve standardne jedinice za ostruge.
2. Provjerite događaj vršnog momenta. Kontinuirano opterećenje od 250 Nm s vršnim 300 posto svakim preokretom drugačiji je problem od glatkog opterećenja od 300 Nm. Spikalni planetarni mjenjači bolje podnose šiljak zbog većeg kontaktnog omjera.
3. Provjerite proračun aksijalnog opterećenja. Spiralna mreža proizvodi aksijalni potisak, koji izlazni ležaj mora podnijeti. Ako naknadno opremate postojeći servo motor s tankim ležajem ili malom prirubnicom, dodatno aksijalno opterećenje može zahtijevati veći potisni ležaj ili fleksibilnu spojku. Spur jedinice nemaju aksijalno opterećenje, pa su sigurnije za uske naknadne ugradnje.
4. Izmjerite instalacijsku ovojnicu. Spiralni planetarni mjenjač obično je 5 do 10 mm duži od cilindrične jedinice istog okvira, jer je za potisni ležaj potreban prostor. Ako je omotnica stroja već fiksirana, ta mala razlika može nadmašiti tehničku korist.
5. Usporedite ukupne troškove, a ne samo jediničnu cijenu. Spiralna jedinica može koštati 15 do 25 posto više, ali ako ukloni dvosatnu ponovnu kalibraciju iz dnevne rutine, ROI se obično mjeri mjesecima.

Za projekte gdje je tolerancija pozicioniranja manja od 0,1 mm, a profil zakretnog momenta gladak, čelni planetarni mjenjač ostaje pouzdan i ekonomičan izbor. Naše serije SPE i SPF rutinski su specificirane za linije za pakiranje, strojeve za sortiranje i jednostavne pokretne trake.

Planetarni mjenjač s cilindričnim cilindrom serije SPE s okruglom izlaznom prirubnicom Serija SPE ima okruglu izlaznu prirubnicu, raspon snage od 50 W do 7500 W i omjere smanjenja od 3 do 512, pružajući fleksibilna i pouzdana rješenja za različite industrijske potrebe. Pogledajte proizvod →

Kada odabrati Helical, kada odabrati Spur

Odaberite spiralni planetarni mjenjač kada:

• List sa tehničkim podacima navodi ponovljivost u mikrometrima, a ne u milimetrima.
• Pogonska osovina često mijenja smjer pod opterećenjem.
• Buka je reguliran ili zahtjev za udobnost.
• Veličina stroja ne može se povećati, ali zahtjev za okretnim momentom može.

Odaberite čelni planetarni mjenjač kada:

• Tolerancija pozicioniranja je iznad 0,1 mm, a brzina ciklusa je umjerena.
• Proračun je fiksan, a radni ciklus kontinuiran.
• Naknadno opremate postojeći stroj uz minimalnu promjenu prirubnice.
• Prioritet je maksimalna energetska učinkovitost tijekom dugog radnog dana.

Oba popisa su legitimni inženjerski izbori. Pogreška je tretirati ih kao međusobno zamjenjive, jer razlike u zazoru, gustoći momenta i aksijalnom opterećenju nisu trivijalne.

Konačna presuda

Ako vaša aplikacija treba nizak zazor i veliki okretni moment zajedno, spiralni planetarni mjenjač je sigurnija specifikacija. Ako su vaša ograničenja na prvom mjestu cijena, omotnica ili potrošnja energije, čelni planetarni mjenjač i dalje pruža pouzdanu izvedbu u širokom rasponu strojeva srednje preciznosti.

Praktični korak prije nego što odaberete je usporediti pravi profil gibanja sa stvarnim brojem na izlaznoj prirubnici reduktora. Naši inženjeri svakodnevno pregledavaju nacrte i učitavaju podatke i mogu vam pomoći odabrati mjenjač koji odgovara vašem servo motoru, vašem radnom ciklusu i vašoj instalacijskoj ovojnici. Kontaktirajte nas prije nego što navedete kako biste izbjegli promjene prirubnice u zadnjem trenutku ili kvarove na polju.