Robotin nivelkäyttöarkkitehtuuri — Missä käytetään kierukkavaihteita
Teollisuusrobotit käyttävät nivelalennusvaihteissaan kahdenlaisia vaihdetyyppejä: venymäaaltovaihteita (harmonisia) kompakteissa, korkeavälityksisissä olka- ja kyynärnivelissä sekä kompakteja kierrepyörävaihteita rannenivelissä ja SCARA-robottien pyörimisakselissa, joissa vääntömomentin tiheys ja takaisinkäyttövaatimukset suosivat kierrepyörävaihteita venymäaaltovaihteisiin verrattuna. Yhteistyörobotit (cobotit) käyttävät yleensä yksinomaan kierrepyörävaihteita – metallihampaisten kierrepyörävaihteiden parempi takaisinkäyttö (pienempi kitka) verrattuna venymäaaltovaihteisiin on tärkeää voimaa mittaavien turvallisuusvaatimusten noudattamisen kannalta. AGV (Automated Guided Vehicle) -pyöräkäytöissä käytetään yksi- tai kaksivaiheisia... kierukkavaihteisto alennusvaihteet napamoottorin ja pyörän välillä.
Robotti- ja servokäyttöisten kierukkavaihteiden välysvaatimukset
Robottinivelissä ja servokäyttöisissä paikoitusakseleissa välys näkyy suoraan paikoitusvirheenä. Suhde:
Kulmavirhe ulostulossa = välys j_t / (d_pinion × tan(1/i))
Lineaarinen virhe työkalulla = kulmavirhe × työkaluvarren_pituus
Tarkkuusrobotin rannenivelessä, jonka hammaspyörän jakoväli on 50 mm, välys 1 mm (j_t = 1 mm jakoympyrällä) ja välityssuhde i = 20:1, ulostuloakselin kulmavirhe on noin 0,5° – mikä vastaa 4 mm:n asentovirhettä 500 mm:n työkalun ulottuvuudella. Tämä tekee robottinivelten välysvaatimuksen välittömästi selväksi: nivelen ulostulossa tarvitaan alle kaaren minuutin välys, jotta efektorin toistettavuus on millimetritasolla.
| Hakemus | Vaadittu lähtövälys | Ekvivalentti j_t sisääntulossa (÷ välityssuhde) | DIN 3967 -luokka |
|---|---|---|---|
| CNC-työstökoneen akseli (korkea tarkkuus) | < 5 kaarisekuntia ≈ 0,0014° | 0,002–0,010 mm | H-luokka |
| Teollisuusrobotin nivel (vakio) | < 1–3 kaariminuuttia ≈ 0,02–0,05° | 0,01–0,03 mm | Luokka g–h |
| Yhteistyörobotin (cobotin) nivel | < 5–15 kaariminuuttia | 0,02–0,05 mm | G-luokka |
| AGV-veto | < 0,1–0,5 mm lineaarinen | 0,03–0,10 mm | Luokka f–g |
| Servopakkaus-/merkintäakseli | < 0,05–0,2 mm lineaarinen | 0,02–0,06 mm | G-luokka |
Välyksettömiä ratkaisuja servovaihteisiin
Menetelmä 1 — Tiukka hampaan paksuustoleranssi (DIN 3967 luokka h)
Määritä kierukkavaihteisto ja vastapyörä DIN 3967 -luokan h mukaisesti (tiukka). Kokojen M2–M4 kohdalla luokka h antaa nimellisvälyksen 0–0,06 mm. Yhdessä tarkasti valmistetun kotelon keskipisteiden etäisyyden ollessa ±0,01 mm, kokoonpanovälys on tyypillisesti 0,005–0,020 mm – riittävä luokan g paikannusakseleille. Tämä on edullisin ratkaisu ilman ylimääräisiä mekaanisia monimutkaisuuksia. Haittapuolena on, että hammaspyörien kuluessa välys kasvaa eikä sitä voida säätää uudelleen ilman vaihtoa.
Menetelmä 2 — Jousikuormitteinen jaettu hammaspyörä (saksivaihteisto)
Saksipyörä koostuu kahdesta identtisestä kierukkavaihteisto Pyörät on asennettu koaksiaalisesti, ja niiden välissä on vääntöjousi, joka on esikierretty painamaan kahta puoliskoa samanaikaisesti vastakkaisen hammaspyörän vastakkaisia kylkiä vasten – toinen puolisko koskettaa oikeaa kylkeä, toinen vasenta. Jousen esijännitys poistaa välyksen pitämällä hampaat jatkuvassa kosketuksessa hammaspyörän molemmilla puolilla. Kulumisen aikana jousi kompensoi automaattisesti ja pitää välyksen lähes olemattomana koko vaihteen käyttöiän ajan. Seurauksena on, että esijännitysmomentti (tyypillisesti 5–15% nimellismomentista) lisää vetokitkahäviöitä ja heikentää vetolaitteen maksimaalista hyötysuhdetta.
Menetelmä 3 — Kaksoismoottorin välyksenestolaite
Kaksi identtistä servomoottoria, joista kumpikin pyörittää samaan vehkeeseen kytkettyä hammaspyörää. kierukkavaihteisto pyörää (tai hammastankoa) käytetään kontrolloidulla vääntömomenttipoikkeamalla – toinen moottori työntää myötäpäivään, kun taas toinen vastustaa vastapäivään, pitäen molempien hammaspyörien kyljet samanaikaisesti kosketuksissa pyörään. Tämä poistaa välyksen ilman mekaanista jousikuormitusta ja ilman jaetun hammaspyörän mekanismin pyörimisinertiaa. Servo-ohjaus käyttää pientä differentiaalista vääntömomenttia, joka kumoaa toisensa lähtöpuolella (molemmat moottorit tuottavat vääntömomenttia haluttuun suuntaan, mutta niiden esivääntömomentti kumoaa toisensa). Tämä on ensisijainen ratkaisu yli 30 m/min nopeille CNC-tarkkuusakseleille ja portaalikoneille, jotka vaativat tarkkaa synkronointia kahden akselin välillä.
Heijastunut inertia – miksi välityssuhde vaikuttaa servon vasteeseen
Kun servomoottori ajaa kuormaa läpi kierukkavaihteisto Jos alennusvaihteen välityssuhde on i, moottori näkee paitsi kuorman inertian J_load myös heijastuneen inertian J_reflected = J_load / i². Jos alennusvaihteen välityssuhde on 10:1, kuorman inertia vaikuttaa vain 1% moottorin efektiiviseen inertiaan – itse vaihde ja moottorin roottori ovat hallitsevia. Tämä on servojärjestelmän inertian sovitusongelma:
J_kokonais (moottorilla) = J_moottori + J_hammaspyörä + J_kuorma / i²
Servomoottorin kaistanleveyden maksimoimiseksi J_total- ja J_motor-suhteen tulisi olla mahdollisimman pieni. Suuret välityssuhteet pienentävät J_reflected/J_motor-suhdetta, mutta vaihteilla itsellään on inertiaa. Optimaalinen välityssuhde maksimaalisen kaistanleveyden saavuttamiseksi saavutetaan, kun J_reflected (kuormasta) ≈ J_motor — jolloin i_opt = √(J_load / J_motor). Robotin liitokselle, jonka J_load = 0,05 kg·m² ja J_motor = 0,0005 kg·m²: i_opt = √(0,05/0,0005) = √100 = 10:1. Minimointi kierukkavaihteisto Kappaleen inertia (käyttämällä onttoja hammaspyörärunkoja robottiliitossovelluksissa) on siksi yhtä tärkeää kuin välyksen minimointi servosilmukan optimoinnissa.
Yhteistyörobottien takaperoinen ajettavuus – miksi kierukkavaihteita suositaan
Yhteistyörobotin (cobotin) on toimittava turvallisesti, kun ihminen työntää sitä vasten – nivelen on oltava taaksepäin liikuteltavissa (kuorma voi ajaa moottoria taaksepäin), jotta nivelen voima- ja vääntömomenttianturi voi havaita kosketuksen ja turvajärjestelmä voi rajoittaa käytettyä voimaa. Nivelen alennusvaihteen kitka määrää, onko taaksepäin liikuteltavuus saavutettavissa:
A kierukkavaihteisto Suhdevälillä 5:1–20:1 planeettavaiheen silmähyötysuhde on 97–99%, mikä vastaa noin 1–3°:n kitkakulmaa. Tämä on itselukittuvan kitkakulman alapuolella – nivel pyörittää taaksepäin voimalla, joka on 1,05–1,10 × eteenpäin suuntautuva voima. Vaatimustenmukainen turvallisuuskäyttäytyminen on saavutettavissa integroidulla voima-vääntömomenttitunnistuksella.
Venymäaallon (harmonisen käytön) alennusventtiilit, joiden välityssuhde on 50:1–160:1, eivät tyypillisesti ole takaisinkäytettäviä – korkea alennussuhde ja aaltogeneraattorin kitka estävät lähtöä ohjaamasta tuloa. Venymäaallon käyttölaitteita käyttävät yhteistyörobotit vaativat aktiivisen vaatimustenmukaisuuden säädön (impedanssin säätö vääntömomenttiantureilla) passiivisen mekaanisen vaatimustenmukaisuuden sijaan.
Korea Ever-Power — Tarkkuusservojen ja robottien kierukkavaihteiden toimitus
Tarkkuushionta HÖFLER-hionnalla kierukkavaihteisto robottiliitos- ja servoautomaatiosovelluksiin — DIN-luokka 4–5, Ra ≤ 0,3 µm, hampaan paksuus DIN 3967 -luokan g–h mukaisesti minimaalisen välyksen varmistamiseksi, hammaspyöräanalysaattorin sertifioima sekä tarkkuusluokka että hampaan paksuuspoikkeama
Korea Ever-Power tuottaa tarkkuutta kierrehammaspyörät servo- ja robottisovelluksiin kokoluokissa M0.5–M8, DIN-luokka 4–6, hampaan paksuusluokka g–h (tiukka välys), 20CrMnTi-hiiletetystä teräksestä, HRC 58–62, maksimaalisen kuormituskapasiteetin saavuttamiseksi kompaktissa koossa. Saksivaihteisille (jousijalkaisille) hammaspyörille Korea Ever-Power valmistaa sovitettuja pareja, joiden vahvistettu hampaan paksuus on ±1 µm nimellispaksuudesta – varmistaen saman esijännityksen molemmille hammaspyörän puoliskoille. Suorana kierrevaihteiden valmistajaKorea Ever-Power tarjoaa heijastuneen inertian laskennan (J_gear = 0,5 × m × r²) jokaiselle tarkkuusvaihteiden tilaukselle – antaen servojärjestelmän suunnittelijalle tarvittavat tiedot inertian sovitukseen ennen vaihteiston suunnittelua. Selaa kierukkavaihteiden tuotevalikoima.
Usein kysytyt kysymykset
Toistettavuus on robotin kyky palata aiemmin vierailtuun asemaan samasta lähestymissuunnasta – välys ei vaikuta siihen, jos lähestymissuunta on aina sama. Tarkkuus on kyky saavuttaa absoluuttinen karteesinen koordinaatti ilman edeltävää kalibrointia – välys vaikuttaa siihen suoraan, koska absoluuttinen sijainti riippuu siitä, saapuiko nivel myötä- vai vastapäivään. Useimmat teollisuusrobotit määrittelevät toistettavuuden (±0,01–0,05 mm), mutta eivät absoluuttista tarkkuutta, minkä vuoksi ne käyttävät ohjausjärjestelmissään välyksen kompensointia sen sijaan, että ne määrittäisivät välyksen olevan nolla. kierrevaihteetVoimaohjatuissa kokoonpanotehtävissä, joissa absoluuttinen tarkkuus on tärkeää, käytetään yhteistyörobotteja, jotka vaativat tiukkaa välystä hammaspyörissä ja täydellistä kinemaattista kalibrointia.
Ei tyypillisesti – välyksen lisäksi robottiliitokset vaativat pienen heijastuneen inertian (vakiovaihteistoissa on suhteellisen raskaat hammaspyörärungot), kompaktin aksiaalipituuden (vakiovaihteistoissa on kiinteät kotelomitat, jotka eivät välttämättä sovi nivelen vaippaan) ja vääntöjäykkyyden (vakiovaihteistoissa voi olla kiertymistä nopeassa kiihdytyksessä, mikä rajoittaa servon kaistanleveyttä). Tarkkuusplaneettajärjestelmä kierukkavaihteisto Erityisesti servo-sovelluksiin suunniteltu planeettapyörästö – jossa on onttoreikäinen lähtöakseli kaapelien reititystä varten, kevyt alumiinikotelo ja tarkka lähtölaippa – on sopiva tuote. Korea Ever-Power valmistaa planeettapyörästön komponentit (aurinko- ja planeettapyörät) näihin kompakteihin servopyöriin; kotelo ja kokoonpano ovat tyypillisesti robotin valmistajan suunnittelemia.
Sisälogistiikkarobottien AGV-pyörävetolaitteet käyttävät tyypillisesti M2–M4-holkkeja kierrevaihteet yksi- tai kaksivaihteisissa vaihteistoissa, mikä alentaa moottorin nopeuden (3000–6000 RPM) pyörän nopeuteen (100–400 RPM). Kompakti pyörännavan geometria rajoittaa hammaspyörän ulkohalkaisijan 30–80 mm:iin, mikä M2–M4-välillä antaa 15–40 hammasta – riittävästi vaadittuihin välityssuhteisiin. Materiaali: 20CrMnTi, hiiletetty, mikä pidentää käyttöikää logistiikka-AGV:ille tyypillisessä 24 tunnin päivittäisessä käytössä. Tarkkuusluokka: DIN-luokka 6–7 (IP67-tiivis koteloympäristö ja kohtuulliset AGV-nopeudet eivät vaadi DIN 5 -tarkkuutta).
Servo- ja robottiliitoksiin kierrevaihteet, kierrekulma β = 20–25° on vakio – sama alue kuin tarkkuusteollisuusvaihteilla. Suurempi kierrekulma vähentää siirtovirhettä (vähentää melua), mutta lisää servomoottorin akseliin kohdistuvaa aksiaalista työntövoimaa, jota moottorin akselin laakeri ei aina tue aksiaalikuormissa. Servo-sovelluksissa servomoottorin lähtöakseliin esiasennettu kulmakosketuslaakeri absorboi kohtuullisen aksiaalisen työntövoiman; jos β = 25°, aksiaalikuorma voi ylittää moottorin akselin laakerin aksiaalinimellisarvon, mikä vaatii ulkoisen työntölaakerin vaihteiston tuloakselille. Korea Ever-Power vahvistaa odotetun aksiaalisen työntövoiman (F_a = F_t × tan β) moottorin akselin laakerin aksiaalikapasiteettia vasten jokaiselle servovaihteistotilaukselle.
Tarkkuusservo- ja robottikierukkavaihteiden tiedustelu
Ilmoita välysvaatimuksesi, välityssuhde, lähtömomentti ja mahdolliset inertiarajoitukset. Korea Ever-Power vahvistaa moduulin, hammasluvun, DIN-luokan ja hampaan paksuusluokan – heijastuneen inertian laskelma ja välystodistus sisältyvät vakiona jokaiseen servovaihteistotilaukseen.
M0,5–M8 · DIN-luokka 4–6 · Välysluokka g–h · Hitausmomentin laskenta · Saksipyöräparit · VÄHIMMÄISMÄÄRÄ 1 kpl
Toimittaja: Cxm
