Planetaire versnellingsbakken voor industriële automatisering: 7 belangrijke prestatiefactoren

Op een pick-and-place-portaal moet een servomotor van 750 W, die bij 3.000 tpm draait, 25 tot 30 Nm leveren aan de uitgaande as en binnen 0,05 mm van de ingeleerde positie stoppen, 90 keer per minuut, drie ploegen per dag. De aandrijving levert de snelheid en de regelkring. De aan de motorflens vastgeschroefde planetaire tandwielkast bepaalt of die 0,05 mm na twaalf maanden productie nog steeds 0,05 mm is of is opengegaan naar 0,4 mm.

Vijf prestatiefactoren bepalen de uitkomst: speling en torsiestijfheid, koppeldichtheid gemeten ten opzichte van de werkelijke servicefactor, efficiëntieverlies per fase en de warmte die deze genereert, levensduur van de lagers onder radiale belasting, en het afdichtings- en smeerpakket afgestemd op de fabrieksomgeving. Beoordeel twee ervan verkeerd op het maatblad en de as wordt opnieuw ontworpen op de werkvloer in plaats van op papier.

Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd., bekend als SGR , bouwt planetaire tandwielkasten, wormwielkasten met dubbele omhulling en gecombineerde reductoren voor industriële automatisering en zware machines. De onderstaande criteria zijn daarom geschreven rond wat er feitelijk faalt, slijt of afdrijft op een lopende lijn.

Wat een planetaire versnellingsbak bijdraagt aan een geautomatiseerde as

Een planetaire versnellingsbak vermenigvuldigt het koppel en verdeelt de ingangssnelheid door de belasting te delen over drie of meer planeetwielen die tegelijkertijd contact maken met het zonnewiel en het interne ringwiel, en die gelijktijdige ingrijping drijft elk voordeel en elke maatval die volgt.

Een planetaire tandwielkast is een coaxiaal verloopstuk waarin een centraal zonnewiel meerdere planeetwielen aandrijft die op een roterende drager zijn gemonteerd; de planeten rollen in een ringtandwiel, zodat de overgebrachte belasting wordt verdeeld over meerdere tandparen in plaats van over één enkele mesh.

Drie gevolgen zijn van belang op een geautomatiseerde as:

• De verhouding per trap loopt van 3:1 tot ongeveer 10:1, dus twee trappen bereiken ruwweg 100:1 en drie trappen bereiken 1.000:1 in een behuizing die korter is dan een vergelijkbare spiraalvormige eenheid.
• Door de belasting te verdelen over drie tot vijf planeettandwielen wordt de kracht op elk tandpaar verlaagd, waardoor de koppeldichtheid en de torsiestijfheid toenemen en het geluid dat een enkelvoudig gaasontwerp produceert wordt verminderd.
• De ingaande en uitgaande assen bevinden zich op dezelfde middellijn, zodat de unit rechtstreeks op een servomotor kan worden gemonteerd zonder de machine-as te verplaatsen.

Diezelfde eigenschappen creëren de faalmodi. Een eenheid die alleen al op basis van een gemiddeld koppel is uitgerust, zal zijn planeettanden beschadigen lang voordat het uitgaande lager zijn nominale levensduur bereikt.

Speling en torsiestijfheid: de eerste prestatiefactor

Speling is de hoekspeling gemeten aan de uitgaande as wanneer de invoer van richting verandert, en deze wordt rechtstreeks omgezet in een positioneringsfout: 1 boogmin is gelijk aan ongeveer 0,15 mm bij een arm van 500 mm, 3 boogmin is gelijk aan 0,44 mm, en de 8 tot 12 boogmin van een industriële eenheid voor algemeen gebruik is gelijk aan 1,16 mm of meer.

ISO 1328-1:2013 definieert tandwielnauwkeurigheidsgraden van 0 tot 12, en planetaire sets van automatiseringskwaliteit worden normaal gesproken op maat gesneden tot graad 6 of graad 7, wat een garantie van 3 boogminuten mogelijk maakt zonder elke eenheid met de hand te leppen. Een set van klasse 5 kan worden besteld voor 1 arcmin, tegen een hogere prijs en een langere levertijd.

Stijfheid is de tweede helft van dezelfde specificatie. Speling vertelt u hoe ver de as reist voordat het lastpad in werking treedt; De torsiestijfheid, uitgedrukt in Nm per boogmin, vertelt u hoe ver deze doorbuigt zodra de belasting wordt uitgeoefend. Beide getallen horen thuis op het selectieblad, en de interactie daartussen op een servo-as wordt in deze bespreking onderzocht spelingsdeterminanten bij robotpositionering .

Koppeldichtheid, servicefactor en verhoudingsselectie

Bepaal een planetaire versnellingsbak op basis van het maximale koppel in plaats van het nominale koppel, omdat een servo-as tijdens het accelereren en remmen routinematig gedurende een paar honderd milliseconden 200% tot 300% van het nominale koppel toepast. Een beoordeling die alleen betrekking heeft op continu koppel, zorgt ervoor dat planeettanden in het eerste jaar van een machine met hoge cyclus terechtkomen.

Hanteer een servicefactor van minimaal 1,5 voor éénploegendienstautomatisering en 2,0 voor 24/7 dienst en toets het resultaat vervolgens af tegen de verhouding die u daadwerkelijk nodig heeft. Ratio, spelingsklasse en aantal fasen zijn geen onafhankelijke keuzes: het toevoegen van een fase om een ​​hogere verhouding te bereiken kost ongeveer 3 procentpunten aan efficiëntie en voegt speling toe bij elke mesh.

N-serie planetaire versnellingsbak met hoog koppel Controleer deze unit uit de N-serie en controleer of de servicefactor, verhouding, speling en trappenaantal overeenkomen voordat u de berekeningen voor het piekkoppel en de ISO 6336-belasting bevestigt. Bekijk Product →

Als de werkcyclus veelvuldig achteruitrijden of een hoge gereflecteerde traagheid omvat, bevestig dan het piekkoppel, het aantal piekcycli per uur en de tandwortel- en flankveiligheidsfactoren berekend volgens ISO 6336 voordat de bestelling wordt vrijgegeven.

Efficiëntie, warmte en inschakelduur

Elke planetaire trap verliest ruwweg 2% tot 3% van het vermogen dat erdoorheen gaat, dus een eentrapseenheid levert ongeveer 97% op, twee trappen ongeveer 94% en drie trappen ongeveer 91%. Het ontbrekende percentage verdwijnt niet; het verlaat de behuizing als warmte.

Thermische waarden worden vermeld bij een gedefinieerde omgevingstemperatuur, gewoonlijk 40 graden, en een gedefinieerde montagepositie. Een unit die thermisch geschikt is in stilstaande lucht kan in een afgesloten behuizing oververhit raken, en een hogere servicefactor is de goedkoopste oplossing: hij selecteert de volgende framegrootte, waardoor het stralingsoppervlak groter wordt voordat de kosten veel stijgen.

Levensduur van uitgangslagers, radiale belastingen en montage-interface

Het uitgaande lager, en niet de tandwieltanden, is het eerste onderdeel dat buiten de marge komt op een riemaangedreven, kettingaangedreven of rondselaangedreven as. De levensduur van lagers in de catalogus wordt berekend volgens ISO 281 en wordt normaal gesproken uitgedrukt als een L10-classificatie van 20.000 uur bij nominale belasting, het punt waarop 90% van de bevolking die duur overleeft.

N-serie coaxiale, op de basis gemonteerde planetaire versnellingsbak met hoog koppel Overweeg deze coaxiale, op de basis gemonteerde eenheid wanneer de levensduur van het lager, de overhangende belasting, de axiale belasting en het aantal starts per uur bepalend zijn voor de aangedreven as. Bekijk Product →

Geef de fabrikant drie cijfers: de radiale belasting en het aangrijpingspunt langs de uitgaande as, de axiale belasting en het aantal starts per uur. Een overhangende belasting die 25 mm verder naar buiten wordt uitgeoefend dan aangenomen, kan de berekende levensduur van het lager halveren.

Milieu, afdichting en smering

Beschermingsklasse en smering worden bepaald door de fabriek, niet door de cataloguspagina. IP65 volgens IEC 60529 is het praktische minimum waar washdown, stof of metaaldeeltjes aanwezig zijn.

• Grease-for-life afgedichte units maken het verversen van olie overbodig, maar hebben een lagere continue thermische limiet dan oliegesmeerde frames van dezelfde grootte.
• Oliegesmeerde units die minerale of synthetische transmissieolie volgens ISO VG 220 gebruiken, kunnen hogere snelheden en continu gebruik beter aan, ten koste van een olieverversingsinterval.
• Voedsel-, farmaceutische en verpakkingsgebieden specificeren doorgaans NSF H1-geregistreerde smeermiddelen, die moeten worden gekozen voordat de unit wordt geassembleerd in plaats van erna.
• Extreme omgevingstemperaturen, onder de min 10 of boven de 45 graden, veranderen de keuze van het smeermiddel en kunnen een verwarming of een ventilator vereisen.

Een selectiereeks in zes stappen voor geautomatiseerde machines

Stem de versnellingsbak in zes stappen af op de bedrijfscyclus en noteer het nummer achter elke stap, zodat een latere wijziging kan worden herleid tot een beslissing in plaats van tot een gok.

Planetaire versnellingsbak voor toepassingen met zwenkaandrijving Gebruik deze planetaire versnellingsbak bij het afstemmen van de stappen van de werkcyclus; als een controle mislukt, overweeg dan een groter frame voordat u overschakelt naar een lagere verhouding. Bekijk Product →

Als een stap mislukt, ga dan eerst een framegrootte omhoog voordat je naar een lagere verhouding gaat; Het te groot maken van het frame is omkeerbaar, het te klein maken van de verhouding niet.

Speling, koppeldichtheid, efficiëntie, levensduur van de lagers en afdichting zijn de vijf factoren die een houdtolerantie van een planetaire versnellingsbak gedurende tien jaar onderscheiden van een tolerantie die een regelitem wordt in het onderhoudslogboek. Het specificeren van alle vijf ten opzichte van de echte werkcyclus duurt een middag; het corrigeren ervan na de inbedrijfstelling vergt een uitschakeling.