Cutie de viteze planetară elicoidă vs. cutie de viteze: care oferă un joc mai mic și un cuplu mai mare?

Când un efector de capăt al unui braț robotizat se deplasează cu o jumătate de milimetru după o noapte rece de iarnă, primul suspect este de obicei codificatorul. Dar odată ce înlocuiți codificatorul și derivea revine, adevărata problemă trăiește adesea în jocul cutiei de viteze. Același lucru se întâmplă și cu mesele rotative, transportoarele de indexare și axele de direcție AGV: ceea ce pare o problemă de control este de fapt un decalaj mecanic între motor și sarcină.

Pentru orice antrenare de precizie care trebuie să combine jocul scăzut cu cuplul mare, alegerea reductorului se reduce de obicei la două arhitecturi: planetară elicoidală și planetară pinten. După compararea atât la nivelul nostru de producție, cât și la instalațiile pe teren, concluzia este clară. Cutiile de viteze planetare elicoidale oferă un joc mai mic și un cuplu mai mare pe dimensiunea cadru și o fac fără a sacrifica un nivel de eficiență utilizabil. Cutiile de viteze planetare Spur au încă un loc în proiectele bazate pe costuri sau cu eficiență critică, dar diferența dintre joc și densitatea cuplului este reală și măsurabilă.

Reacție: Unde elicoidal trage înainte

Jocul este jocul unghiular măsurat la ieșirea cutiei de viteze atunci când intrarea se inversează. Acesta definește cât de departe se poate roti sarcina înainte ca dinții de pe partea antrenată să intre în contact. Pentru o cutie de viteze planetară cilindrică, dinții se cuplează de-a lungul unei linii complete paralele cu axa angrenajului. Acest lucru face ca ochiul să fie simplu din punct de vedere structural, dar forțează și un spațiu minim pentru dinți sau angrenajele se blochează. Pe seriile noastre SPE și SPF, jocul standard este livrat la 10 până la 15 arcmin, cu versiunile premium la sol ajungând la 5 până la 8 arcmin.

Cutiile de viteze planetare elicoidale folosesc dinți tăiați la un unghi de spirală, de obicei între 15 și 20 de grade. Plasa se cuplează progresiv de la o margine a dintelui la cealaltă. Acest contact de rulare permite dinților să se cuibărească mai strâns. O cutie de viteze elicoidală standard din seria FB poate susține 3 până la 5 min de arc, iar intervalul de joc FL redus păstrează 1 până la 3 min de arc fără a avea nevoie de un mecanism reglabil separat.

Consecința vizibilă la nivelul mașinii este următoarea: un reductor 10:1 cu 12 arcmin de ieșire se traduce printr-o eroare de poziționare de 0,2 mm pe o rază a brațului de 150 mm. Același reductor cu o plasă elicoială de 3 arcmin produce sub 0,05 mm. Această diferență este adesea linia dintre reprelucrarea unui palet și expedierea acestuia.

Specificații tipice la nivel de producție

Cutiile de viteze planetare elicoidale din seriile FB și FL de la Zhejiang Saiya sunt construite pentru această fereastră cu joc mai mic și cuplu mai mare. Acestea acoperă dimensiuni ale cadrului de la 60 mm la 220 mm și sunt disponibile cu cote de joc standard sau de precizie.

Cutie de viteze planetară elicoidă din seria FB pentru aplicații de precizie Seria FB oferă ieșire cu flanșă pătrată și angrenaje elicoidale cu rapoarte de reducere de la 3 la 100 și un joc de 3-5 minute de arc, potrivite pentru aplicații care necesită precizie și funcționare silențioasă. Vizualizare produs →

Capacitatea cuplului: cum câștigă elicoidal 20-30%

Avantajul cuplului al unei cutii de viteze planetare elicoidale provine din raportul de contact. Într-o plasă pinten, o pereche de dinți poartă sarcina completă până când următoarea pereche intră în angrenare. Într-o plasă elicoidală, unghiul helix face ca două sau trei perechi de dinți să împartă sarcina simultan. Pentru un unghi tipic de helix de 20 de grade, raportul de contact crește de la aproximativ 1,8 la 2,4, distribuind forța motrice pe o suprafață mai mare a dintelui.

În practică, acest lucru permite unei cutii de viteze planetare elicoidale să rateze cu 20 până la 30 la sută un cuplu continuu mai mare decât unitatea echivalentă cu pinion cu aceeași dimensiune a cadrului. Beneficiul contează cel mai mult în două cazuri.

Primul caz este direcția variabilă a sarcinii. O masă rotativă pentru o mașină CNC inversează direcția în timp ce axul încă taie. O unitate pinten permite încărcăturii să traverseze spațiul de joc cu un clic audibil, iar stresul de impact lovește o singură rădăcină a dintelui. O unitate elicoidală absoarbe acea inversare într-un contact continuu de rulare, ceea ce reduce stresul maxim al dinților și ajută la prevenirea zâmbițurilor.

Al doilea caz este încărcările de șoc. Când un transportor se supraîncărcă brusc sau un braț robot se oprește, șocul se propagă mai întâi prin angrenajul. Raportul de contact mai mare al unei ochiuri elicoidale răspândește acel șoc peste mai mulți dinți, ceea ce scade șansa de rupere a dinților sau de deteriorare a jantei.

Motivul pentru care un motor cu angrenaj planetar poate atinge această densitate mare de cuplu în primul rând este modul în care angrenajul solar, angrenajele planetare și angrenajul inel împart sarcina. Am scris o analiză dedicată de ce motoarele cu angrenaje planetare oferă un cuplu mai mare decât motoarele standard , care acoperă același principiu de împărțire a sarcinii care se aplică etapei cutiei de viteze. Geometria dintelui elicoidal o mărește și mai mult.

Eficiență și zgomot: compromisul pe care nu îl puteți ignora

Același unghi de spirală care îmbunătățește jocul și cuplul introduce, de asemenea, contactul de alunecare între dinți. Această alunecare generează mai multă frecare decât contactul de rulare al unei ochiuri cilindrice, astfel încât o cutie de viteze planetară elicoidală funcționează de obicei cu 1 până la 2 puncte procentuale mai puțin eficientă decât o unitate pinten cu același raport. Într-un reductor cu o singură treaptă, asta înseamnă o eficiență de 94 până la 96 la sută, comparativ cu 96 până la 98 la sută pentru pin. Pentru o unitate cu mai multe etape, diferența poate ajunge la 3 până la 4 puncte.

În ceea ce privește zgomotul, designul elicoidal câștigă clar. Angajarea progresivă a dinților previne impactul brusc al contactului pe toată lățimea. În măsurătorile noastre, o cutie de viteze planetară elicoidală de 42 mm funcționează cu 6 până la 10 dB(A) mai silențioasă decât unitatea echivalentă de pin, la aceeași viteză și sarcină. Aceasta este diferența dintre o mașină care poate sta lângă un operator și una care necesită o incintă acustică.

Pentru mașinile cu serviciu continuu, cum ar fi transportoarele de ambalare, consumul de energie poate domina decizia. Pentru mașinile de precizie dintr-un dispozitiv medical, o cameră curată sau un atelier mic, zgomotul domină adesea. Alegerea corectă depinde de ce constrângere este obligatorie.

Un cadru de decizie practic pentru selectarea unui reductor planetar

Iată rutina de decizie pe care o folosesc inginerii noștri cu clienții. Pornește de la mașină, nu de la cutia de viteze.

1. Convertiți toleranța de poziționare a efectului final într-o cerință de reacție de ieșire. Dacă axa dvs. trebuie să mențină 0,02 mm pe un braț de 150 mm, eroarea unghiulară de ieșire nu poate depăși aproximativ 7,6 arcmin. După împărțirea la raportul reductorului, un reductor 10:1 trebuie să mențină jocul de ieșire sub 0,8 arcmin. Acest lucru elimină practic toate unitățile standard.
2. Verificați evenimentul cuplului de vârf. O sarcină continuă de 250 Nm cu un vârf de 300% la fiecare inversare este o problemă diferită de o sarcină lină de 300 Nm. Cutiile de viteze planetare elicoidale tolerează mai bine vârful datorită raportului de contact mai mare.
3. Verificați bugetul de sarcină axială. Plasa elicoidal produce tracțiune axială, pe care trebuie să o suporte rulmentul de ieșire. Dacă modificați un servomotor existent cu un rulment subțire sau o flanșă mică, sarcina axială suplimentară poate necesita un rulment de tracțiune mai mare sau un cuplaj flexibil. Unitățile Spur nu au sarcină axială, deci sunt mai sigure pentru modernizarea strânsă.
4. Măsurați plicul de instalare. O cutie de viteze planetară elicoidală este, de obicei, cu 5 până la 10 mm mai lungă decât o unitate pintenă a aceluiași cadru, deoarece rulmentul axial necesită spațiu. Dacă plicul mașinii este deja fixat, această mică diferență poate depăși beneficiul tehnic.
5. Comparați costul total, nu doar prețul unitar. O unitate elicoidală poate costa cu 15 până la 25 la sută mai mult, dar dacă elimină o recalibrare de 2 ore din rutina zilnică, rentabilitatea investiției este de obicei măsurată în luni.

Pentru proiectele în care toleranța de poziționare este sub 0,1 mm și profilul cuplului este neted, o cutie de viteze planetară cilindrică rămâne o alegere de încredere și economică. Seriile noastre SPE și SPF sunt specificate în mod obișnuit pentru liniile de ambalare, mașinile de sortat și antrenările simple ale transportoarelor.

Cutie de viteze planetară din seria SPE cu flanșă rotundă de ieșire Seria SPE are o flanșă de ieșire rotundă, un interval de putere de la 50 W la 7500 W și rapoarte de reducere de la 3 la 512, oferind soluții flexibile și fiabile pentru diverse nevoi industriale. Vizualizare produs →

Când să alegeți Helical, Când să alegeți Spur

Alegeți o cutie de viteze planetară elicoidală atunci când:

• Fișa de specificații enumeră repetabilitatea în micrometri și nu în milimetri.
• Axa de antrenare inversează direcția frecvent sub sarcină.
• Zgomotul este o cerință reglementată sau de confort.
• Dimensiunea mașinii nu poate fi mărită, dar cererea de cuplu poate fi mărită.

Alegeți o cutie de viteze planetară cilindrică atunci când:

• Toleranța de poziționare este peste 0,1 mm și rata de ciclu este moderată.
• Bugetul este fix, iar ciclul de activitate este continuu.
• Modificați o mașină existentă cu o schimbare minimă a flanșei.
• Prioritatea este eficiența energetică maximă pe o zi lungă.

Ambele liste sunt alegeri inginerești legitime. Greșeala este să le tratezi ca fiind interschimbabile, deoarece diferențele de joc, densitatea cuplului și sarcina axială nu sunt triviale.

Verdictul final

Dacă aplicația dvs. necesită un joc mic și un cuplu mare împreună, o cutie de viteze planetară elicoidală este specificația mai sigură. Dacă constrângerile dvs. sunt mai întâi costul, anvelopa sau consumul de energie, o cutie de viteze planetară cilindrică oferă încă performanțe de încredere într-o gamă largă de mașini de precizie medie.

Pasul practic înainte de a alege este să comparați profilul de mișcare real cu numărul real de pe flanșa de ieșire a reductorului. Inginerii noștri revizuiesc desenele și datele de încărcare zilnic și vă pot ajuta să selectați o cutie de viteze care se potrivește cu servomotorul, ciclul dumneavoastră de funcționare și pachetul dumneavoastră de instalare. Contactați-ne înainte de a specifica pentru a evita modificările de ultimă oră ale flanșei sau eșecurile câmpului.