Руководство по выбору планетарного редуктора: описание характеристик, серии и точности

Роботизированная рука, которая отклоняется от цели на 0,3 мм. Ось ЧПУ, которая выходит за пределы при реверсе. Лазерный резак, который теряет целостность траектории при высоких скоростях подачи. В каждом случае основная причина часто одна и та же: неправильный планетарный редуктор или прецизионный редуктор, выбранный без понимания того, что на самом деле означают характеристики.

Это руководство устраняет шум. Если вы выбираете планетарный редуктор вот что вам нужно знать для сервоприводной или многоцикловой автоматизации.

Почему планетарный редуктор лучше других типов?

Планетарный редуктор имеет центральную солнечную шестерню, несколько планетарных шестерен и неподвижную внешнюю кольцевую шестерню, расположенные концентрически. Поскольку крутящий момент распределяется между тремя или более планетарными шестернями одновременно, нагрузка распределяется равномерно на 360°. Результат: значительно более высокое соотношение крутящего момента к размеру, чем у редукторов с параллельным валом или червячных редукторов сопоставимого веса.

Практический результат: одноступенчатая планетарная передача может обеспечить тот же крутящий момент, занимая при этом площадь до 50 % меньше. Для многоосных станков, где важен каждый миллиметр, это имеет значение. КПД каждой ступени обычно составляет 95–98 %, что означает меньшее выделение тепла, меньшие расходы на электроэнергию и более длительный срок службы смазочного материала.

Три характеристики, которые на самом деле определяют производительность

Инженеры часто зацикливаются на передаточном отношении и номинальном крутящем моменте — это обязательные ставки. Три фигуры, разделяющие высокоточный планетарный редуктор от единицы товара составляют:

• Люфт (угловые минуты): Вращательный люфт между входом и выходом при изменении направления. Для сервоосей, выполняющих перемещение от точки к точке, люфт напрямую приводит к ошибке позиционирования. Устройства общего назначения работают при 5–10 угловых мин; единицы точности доходят до 3 угловых минут; сверхточные устройства достигают ≤1 угловой минуты. Серия высокоточных планетарных редукторов MKS достигает люфта 3 угловых минуты с коническими роликоподшипниками, подходящими для требовательных сервоприводов и приложений с ЧПУ.
• Торсионная жесткость: Насколько сильно скручивается выходной вал под действием крутящего момента, прежде чем шестерни начнут двигаться. Высокая жесткость имеет решающее значение для быстрых циклов ускорения/замедления; низкая жесткость вызывает резонанс и задержки стабилизации.
• Радиальная и осевая нагрузка: Эти параметры, которые часто упускают из виду, определяют, выдерживает ли выходной подшипник консольные нагрузки от шестерен, звездочек или инструментов с прямым приводом. Серия MKS выдерживает радиальные нагрузки от 1700 Н (типоразмер 060) до 30 000 Н (типоразмер 180) с соответствующей осевой нагрузкой от 2300 Н до 27 000 Н — диапазон, который охватывает большинство сценариев промышленной автоматизации.

Подбор серии редуктора в соответствии с применением

Не для каждого применения требуется прецизионный блок со скрещенными роликоподшипниками с точностью 3 угловых минуты. Чрезмерная спецификация стоит денег; занижение стоимости безотказной работы. Вот практическая разбивка:

Выбор передаточного числа: не выбирайте по умолчанию «высокое»

Распространенной ошибкой является погоня за максимально возможным передаточным числом, чтобы «сделать двигатель безопаснее». Более высокие передаточные числа увеличивают крутящий момент, но они также увеличивают несоответствие отраженной инерции — соотношение между инерцией нагрузки и инерцией ротора двигателя. Несоответствующая инерция приводит к колебаниям, уменьшению полосы пропускания и медленному отклику сервопривода.

Одноступенчатые планетарные агрегаты обычно имеют передаточное число от 3:1 до 10:1, обеспечивая максимальную эффективность и жесткость. Многоступенчатые конфигурации достигают 100:1 и выше, но приводят к дополнительному накоплению люфта и инерции. Практическая цель проектирования: выбрать наименьшее передаточное число, при котором максимальный крутящий момент будет оставаться в пределах 80 % от номинальной мощности редуктора, и убедиться, что соотношение инерции нагрузки к двигателю остается ниже 10:1 для сервосистем.

Стандарты точности и что они означают на практике

Производители роботов и средств автоматизации часто ссылаются на ISO 9283 — международный стандарт для управления критериями производительности промышленных роботов, который определяет, как должны измеряться точность и повторяемость поз. Люфт в редукторе является основным фактором, влияющим на показатели ошибок позы, определенные в этом стандарте.

Чтобы ось робота могла достичь повторяемости позиционирования менее 0,1 мм, совокупный зазор компонентов трансмиссии, включая редуктор, обычно должен оставаться на уровне или ниже 3 угловых минут. При длине рычага 300 мм люфт в 1 угловую минуту вносит погрешность наконечника примерно в 0,087 мм. Вот почему даже незначительное улучшение точности редуктора напрямую приводит к измеримому повышению производительности робота.

Установка и обслуживание: где точность теряется

Высокоточный редуктор в паре с разцентрованным валом двигателя теряет большую часть своих преимуществ в течение первых 500 часов. Наибольшее значение имеют три точки установки:

1. Соосность входной муфты: Радиальное биение на стыке двигатель-редуктор должно оставаться в пределах 0,02 мм. Используйте циферблатные индикаторы, а не на глаз.
2. Плоскостность крепления выходного фланца: Искажение корпуса редуктора из-за чрезмерной затяжки асимметричных болтов приведет к неравномерной предварительной нагрузке подшипников и ускорению износа. Соблюдайте последовательность затяжки, указанную в таблице данных.
3. Интервал смазки: Большинство прецизионных планетарных агрегатов поставляются со смазкой на весь срок службы, но «срок службы» предполагает номинальные нагрузки и температуры. При использовании с большим количеством циклов (> 1000 циклов в час) или при повышенных температурах окружающей среды (> 40 °C) проверяйте и повторно смазывайте через рекомендуемые производителем интервалы, а не предполагать, что «необслуживаемый» означает «никогда».

Выбор поставщика: четыре вопроса, которые стоит задать

Характеристики люфта легко распечатать в таблице данных. Стабильное качество производства сложнее проверить. При оценке планетарный редуктор поставщика, спросите: (1) Какой тип подшипника используется на выходе и почему? Конические роликоподшипники выдерживают комбинированные радиальные и осевые нагрузки лучше, чем радиальные шарикоподшипники, для большинства сервоприводов. (2) Зубчатый венец является неотъемлемой частью корпуса или представляет собой запрессованную вставку? Встроенная кольцевая шестерня улучшает концентричность и устраняет микропроскальзывание при ударных нагрузках. (3) Шестерни шлифуются после закалки или только обточены? Шлифованные шестерни имеют более жесткие допуски на расстояние между зубьями и производят меньший шум. (4) Какие варианты входных фланцев доступны? Широкая совместимость с двигателями, включая фланцы AD и адаптеры втулки, значительно сокращает время интеграции.

Компания MAKIKAWA-MOTION, основанная в отрасли прецизионных технологий Кюсю (Япония), отвечает на эти вопросы материалами JIS японского стандарта, точностью обработки на уровне μ и Полный ассортимент планетарных редукторов от прецизионной серии MK до экономичной серии MP и серии RC для AGV — с универсальной совместимостью с двигателями и герметичными масляными системами, стандартными для всей прецизионной линейки.