Przekładnia planetarna śrubowa lub zębata czołowa: która zapewnia mniejszy luz i wyższy moment obrotowy?

Kiedy efektor końcowy ramienia robota przesuwa się o pół milimetra po mroźnej zimowej nocy, pierwszym podejrzanym jest zwykle koder. Ale kiedy wymienisz enkoder i dryf powróci, prawdziwym problemem często jest luz skrzyni biegów. To samo dzieje się w przypadku stołów obrotowych, przenośników indeksujących i osi sterujących AGV: to, co wygląda na problem ze sterowaniem, w rzeczywistości jest mechaniczną szczeliną pomiędzy silnikiem a obciążeniem.

W przypadku każdego precyzyjnego napędu, który musi łączyć niski luz z wysokim momentem obrotowym, wybór reduktora zwykle sprowadza się do dwóch architektur: planetarnej śrubowej i planetarnej czołowej. Po porównaniu zarówno na naszej hali produkcyjnej, jak i w instalacjach terenowych, wniosek jest jasny. Walcowe przekładnie planetarne zapewniają mniejszy luz i wyższy moment obrotowy w przeliczeniu na rozmiar ramy, a robią to bez utraty użytecznego poziomu wydajności. Przekładnie planetarne czołowe nadal mają zastosowanie w konstrukcjach zorientowanych na koszty lub mających kluczowe znaczenie dla wydajności, ale różnica w luzach i gęstości momentu obrotowego jest realna i mierzalna.

Luz: tam, gdzie Helical przoduje

Luz to luz kątowy mierzony na wyjściu skrzyni biegów, gdy wejście jest odwrócone. Określa, jak daleko może obrócić się ładunek, zanim zęby strony napędzanej zetkną się. W przypadku przekładni planetarnej czołowej zęby zazębiają się wzdłuż pełnej linii równoległej do osi przekładni. To sprawia, że ​​siatka jest strukturalnie prosta, ale wymusza również minimalny luz między zębami lub zacinanie się kół zębatych. W naszych seriach SPE i SPF standardowy luz wynosi od 10 do 15 min łuku, a naziemne wersje premium osiągają od 5 do 8 min łuku.

W śrubowych przekładniach planetarnych zęby są wycinane pod kątem linii śrubowej, zwykle od 15 do 20 stopni. Siatka zaczepia się stopniowo od jednego brzegu zęba do drugiego. Ten kontakt toczny umożliwia mocniejsze osadzenie zębów. Standardowa przekładnia walcowa serii FB może wytrzymać moment obrotowy od 3 do 5 min łuku, a zakres niskiego luzu FL utrzymuje się od 1 do 3 min łuku bez konieczności stosowania oddzielnego regulowanego mechanizmu.

Widoczna konsekwencja na poziomie maszyny jest następująca: reduktor 10:1 z luzem wyjściowym wynoszącym 12 minut łuku przekłada się na błąd pozycjonowania 0,2 mm na promieniu ramienia 150 mm. Ten sam reduktor ze spiralną siatką o średnicy 3 łuków daje grubość poniżej 0,05 mm. Ta różnica często stanowi granicę między przerobieniem palety a jej wysyłką.

Typowe specyfikacje na poziomie produkcji

Walcowe przekładnie planetarne serii FB i FL firmy Zhejiang Saiya są zbudowane z myślą o tym oknie o mniejszym luzie i wyższym momencie obrotowym. Obejmują rozmiary ram od 60 mm do 220 mm i są dostępne ze standardowymi lub precyzyjnymi wartościami luzów.

Przekładnia planetarna walcowa serii FB do zastosowań precyzyjnych Seria FB oferuje przekładnie z kołnierzem kwadratowym i przekładnie śrubowe o przełożeniach redukcyjnych od 3 do 100 i luzie 3-5 minut kątowych, odpowiednie do zastosowań wymagających dokładności i cichej pracy. Zobacz produkt →

Pojemność momentu obrotowego: jak śrubowy zyskuje 20-30%

Przewaga momentu obrotowego śrubowej przekładni planetarnej wynika ze współczynnika styku. W siatce ostrogowej jedna para zębów przenosi pełne obciążenie, dopóki następna para nie wejdzie w zazębienie. W siatce spiralnej kąt pochylenia linii śrubowej powoduje, że dwie lub trzy pary zębów dzielą jednocześnie obciążenie. Dla typowego kąta pochylenia linii śrubowej wynoszącego 20 stopni współczynnik styku wzrasta z około 1,8 do 2,4, rozkładając siłę napędową na większą powierzchnię zęba.

W praktyce pozwala to śrubowej przekładni planetarnej na przekazywanie ciągłego momentu obrotowego o 20 do 30 procent wyższego niż równoważna jednostka zębata czołowa o tym samym rozmiarze ramy. Korzyść liczy się najbardziej w dwóch przypadkach.

Pierwszy przypadek to zmienny kierunek obciążenia. Stół obrotowy maszyny CNC zmienia kierunek, gdy wrzeciono nadal skrawa. Zespół ostrogi pozwala ładunkowi przekroczyć szczelinę luzu ze słyszalnym kliknięciem, a naprężenie udarowe uderza w pojedynczy korzeń zęba. Jednostka śrubowa pochłania to odwrócenie w ciągłym kontakcie tocznym, co zmniejsza maksymalne naprężenie zęba i pomaga zapobiegać wżerom.

Drugi przypadek to obciążenia udarowe. Kiedy przenośnik nagle się przeciąża lub ramię robota zatrzyma się, wstrząs rozchodzi się najpierw przez zazębienie przekładni. Wyższy współczynnik styku spiralnej siatki rozprowadza wstrząs na większej liczbie zębów, co zmniejsza ryzyko złamania zęba lub uszkodzenia obręczy.

Powodem, dla którego silnik z przekładnią planetarną może osiągnąć tak wysoką gęstość momentu obrotowego, jest przede wszystkim sposób, w jaki koło słoneczne, przekładnie obiegowe i koło koronowe dzielą obciążenie. Napisaliśmy dedykowaną analizę dlaczego motoreduktory planetarne zapewniają wyższy moment obrotowy niż silniki standardowe , obejmujące tę samą zasadę podziału obciążenia, która ma zastosowanie do stopnia skrzyni biegów. Spiralna geometria zębów jeszcze bardziej ją zwiększa.

Wydajność i hałas: kompromis, którego nie można zignorować

Ten sam kąt pochylenia linii śrubowej, który poprawia luz i moment obrotowy, wprowadza również kontakt ślizgowy między zębami. To poślizg generuje większe tarcie niż kontakt toczny koła zębatego, dlatego śrubowa przekładnia planetarna pracuje zazwyczaj o 1 do 2 punktów procentowych mniej wydajnie niż jednostka zębata czołowa o tym samym przełożeniu. W przypadku reduktora jednostopniowego oznacza to wydajność od 94 do 96 procent w porównaniu z 96 do 98 procent w przypadku reduktora. W przypadku jednostki wielostopniowej różnica może osiągnąć od 3 do 4 punktów.

Po stronie hałasu konstrukcja spiralna wyraźnie wygrywa. Progresywne zazębienie zębów zapobiega nagłemu uderzeniu kontaktu na całej szerokości. Z naszych pomiarów wynika, że ​​śrubowa przekładnia planetarna o średnicy 42 mm pracuje od 6 do 10 dB(A) ciszej niż równoważne jednostki zębate czołowe przy tej samej prędkości i obciążeniu. Na tym polega różnica między maszyną, która może znajdować się obok operatora, a maszyną wymagającą obudowy akustycznej.

W przypadku maszyn pracujących w trybie ciągłym, takich jak przenośniki pakujące, decyzję może dominować zużycie energii. W przypadku maszyn precyzyjnych w wyrobie medycznym, pomieszczeniu czystym lub małym warsztacie często dominuje hałas. Właściwy wybór zależy od tego, które ograniczenie jest wiążące.

Praktyczne ramy decyzyjne dotyczące wyboru reduktora planetarnego

Oto procedura decyzyjna, którą nasi inżynierowie stosują w kontaktach z klientami. Zaczyna się od maszyny, a nie od skrzyni biegów.

1. Przekształć tolerancję pozycjonowania efektora końcowego na wymagany luz wyjściowy. Jeśli oś musi utrzymać 0,02 mm na ramieniu 150 mm, wyjściowy błąd kątowy nie może przekroczyć około 7,6 min łuku. Po podzieleniu przez współczynnik reduktora, reduktor 10:1 musi utrzymywać luz wyjściowy poniżej 0,8 arcmin. Eliminuje to praktycznie wszystkie standardowe jednostki czołowe.
2. Sprawdź zdarzenie szczytowego momentu obrotowego. Ciągłe obciążenie 250 Nm ze szczytem 300% przy każdym odwróceniu to inny problem niż płynne obciążenie 300 Nm. Śrubowe przekładnie planetarne lepiej tolerują skok ze względu na wyższy współczynnik styku.
3. Sprawdź budżet obciążenia osiowego. Spiralna siatka wytwarza nacisk osiowy, który musi wytrzymać łożysko wyjściowe. Jeśli modernizujesz istniejący serwomotor w cienkie łożysko lub mały kołnierz, dodatkowe obciążenie osiowe może wymagać większego łożyska oporowego lub elastycznego sprzęgła. Jednostki czołowe nie mają obciążenia osiowego, więc są bezpieczniejsze w przypadku ciasnych modernizacji.
4. Zmierz kopertę instalacyjną. Śrubowa przekładnia planetarna jest zwykle o 5 do 10 mm dłuższa niż jednostka czołowa tej samej ramy, ponieważ łożysko oporowe wymaga miejsca. Jeżeli obudowa maszyny jest już ustalona, ​​ta niewielka różnica może przeważyć nad korzyściami technicznymi.
5. Porównaj koszt całkowity, a nie tylko cenę jednostkową. Jednostka spiralna może kosztować od 15 do 25 procent więcej, ale jeśli eliminuje z codziennej rutyny 2-godzinną ponowną kalibrację, zwrot z inwestycji jest zwykle mierzony w miesiącach.

W przypadku projektów, w których tolerancja pozycjonowania jest mniejsza niż 0,1 mm, a profil momentu obrotowego jest gładki, przekładnia planetarna czołowa pozostaje niezawodnym i ekonomicznym wyborem. Nasze serie SPE i SPF są rutynowo stosowane w liniach pakujących, maszynach sortujących i prostych napędach przenośników.

Przekładnia planetarna czołowa serii SPE z okrągłym kołnierzem wyjściowym Seria SPE charakteryzuje się okrągłym kołnierzem wyjściowym, zakresem mocy od 50 W do 7500 W i przełożeniami redukcyjnymi od 3 do 512, zapewniając elastyczne i niezawodne rozwiązania dla różnorodnych potrzeb przemysłowych. Zobacz produkt →

Kiedy wybrać Helical, kiedy wybrać Spur

Wybierz śrubową przekładnię planetarną, gdy:

• W arkuszu specyfikacji powtarzalność jest podana w mikrometrach, a nie w milimetrach.
• Oś napędowa często zmienia kierunek pod obciążeniem.
• Hałas jest wymogiem regulowanym lub wymogiem komfortu.
• Rozmiaru maszyny nie można zwiększyć, ale można zwiększyć zapotrzebowanie na moment obrotowy.

Wybierz przekładnię planetarną czołową, gdy:

• Tolerancja pozycjonowania przekracza 0,1 mm, a częstotliwość cykli jest umiarkowana.
• Budżet jest stały, a cykl pracy ma charakter ciągły.
• Modernizujesz istniejącą maszynę przy minimalnej wymianie kołnierza.
• Priorytetem jest maksymalna efektywność energetyczna w ciągu długiego dnia pracy.

Obie listy stanowią uzasadnione wybory inżynieryjne. Błędem jest traktowanie ich jako wymiennych, gdyż różnice w luzach, gęstości momentu obrotowego i obciążeniu osiowym nie są trywialne.

Ostateczny werdykt

Jeśli Twoje zastosowanie wymaga jednocześnie niskiego luzu i wysokiego momentu obrotowego, bezpieczniejszą specyfikacją będzie śrubowa przekładnia planetarna. Jeśli Twoimi ograniczeniami są przede wszystkim koszt, koperta lub zużycie energii, przekładnia planetarna czołowa nadal zapewnia niezawodne działanie w szerokiej gamie maszyn średnioprecyzyjnych.

Praktycznym krokiem przed dokonaniem wyboru jest porównanie rzeczywistego profilu ruchu z rzeczywistą liczbą na kołnierzu wyjściowym reduktora. Nasi inżynierowie codziennie przeglądają rysunki i ładują dane, a także mogą pomóc w wyborze przekładni pasującej do Twojego serwomotoru, cyklu pracy i zakresu instalacji. Skontaktuj się z nami przed określeniem, aby uniknąć zmian kołnierzy w ostatniej chwili lub awarii w terenie.