Planetväxellåda för industriell automation: 7 nyckelprestandafaktorer

På ett pick-and-place-portal måste en 750 W servomotor som går med 3 000 rpm leverera 25 till 30 Nm vid den utgående axeln och stanna inom 0,05 mm från sin inlärda position, 90 gånger per minut, tre skift om dagen. Frekvensomriktaren levererar hastigheten och reglerslingan. Planetväxellådan som är fastskruvad på motorflänsen avgör om den 0,05 mm fortfarande är 0,05 mm efter tolv månaders produktion eller har öppnat upp till 0,4 mm.

Fem prestandafaktorer avgör resultatet: glapp och vridstyvhet, vridmomentdensitet mätt mot den verkliga servicefaktorn, effektivitetsförlust per steg och den värme det genererar, utgående lagerlivslängd under radiell belastning och tätnings- och smörjpaketet anpassat till anläggningsmiljön. Missbedöm två av dem på storleksbladet och axeln omarbetas på verkstadsgolvet istället för på papper.

Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd., känd som SGR , bygger planetväxellådor, dubbelomslutande snäckväxellådor och kombinerade reducerare för industriell automation och tunga maskiner, så kriterierna nedan är skrivna kring vad som faktiskt misslyckas, slits eller driver på en löplina.

Vad en planetväxellåda bidrar till en automatiserad axel

En planetväxellåda multiplicerar vridmomentet och delar ingångshastigheten genom att dela belastningen över tre eller flera planetväxlar som kontaktar solhjulet och det inre ringhjulet samtidigt, och det samtidigt ingrepp driver varje fördel och varje storleksfälla som följer.

En planetväxellåda är en koaxial reducering i vilken ett centralt solhjul driver flera planetväxlar monterade på en roterande hållare; planeterna rullar inuti en ringkugghjul, så den överförda belastningen delas upp på flera tandpar istället för ett enda nät.

Tre konsekvenser är viktiga på en automatiserad axel:

• Förhållandet per steg går från 3:1 till cirka 10:1, så två steg når ungefär 100:1 och tre steg når 1 000:1 i ett hölje som är kortare än en jämförbar spiralformad enhet.
• Belastningsdelning över tre till fem planetväxlar sänker kraften på varje tandpar, vilket höjer vridmomentdensiteten och vridstyvheten och minskar ljudet som en enkelmaskig design producerar.
• Ingående och utgående axlar sitter på samma mittlinje, så enhetens fläns monteras direkt på en servomotor utan att flytta maskinens axel.

Samma egenskaper skapar fellägen. En enhet med enbart medelvridmoment kommer att bryta sina planettänder långt innan utgående lagret når sin nominella livslängd.

Backlash och vridstyvhet: den första prestationsfaktorn

Glapp är det vinkelspel som mäts vid den utgående axeln när ingången ändrar riktning, och den omvandlas rakt till positioneringsfel: 1 bågmin är lika med cirka 0,15 mm vid en 500 mm arm, 3 bågmin är lika med 0,44 mm, och 8 till 12 bågmin för en allmän industrienhet är lika med 16 mm1 eller mer.

ISO 1328-1:2013 definierar växelnoggrannhetsgraderna 0 till 12, och automationsklassade planetuppsättningar skärs normalt till grad 6 eller grad 7, vilket är vad som tillåter en 3 bågarmin garanti utan att handlappa varje enhet. Ett klass 5-set kan beställas för 1 bågmin, till ett prisöverskott och längre ledtid.

Styvhet är den andra hälften av samma specifikation. Glapp berättar hur långt axeln färdas innan lastbanan griper in; vridstyvhet, angiven i Nm per bågmin, talar om hur långt den böjs när belastningen appliceras. Båda numren hör hemma på urvalsbladet, och samspelet mellan dem på en servoaxel undersöks i denna recension av bakslagsbestämmande faktorer vid robotpositionering .

Vridmomentdensitet, servicefaktor och val av förhållande

Dimensionera en planetväxel på maximalt vridmoment snarare än nominellt vridmoment, eftersom en servoaxel rutinmässigt tillämpar 200 % till 300 % av nominellt vridmoment under några hundra millisekunder under acceleration och inbromsning. En klassificering som endast täcker kontinuerligt vridmoment kommer att få planettänderna i det första året av en högcykelmaskin.

Använd en servicefaktor på minst 1,5 för enskiftsautomation och 2,0 för 24/7 drift, kontrollera sedan resultatet mot det förhållande du faktiskt behöver. Förhållande, glappklass och antal steg är inte oberoende val: att lägga till ett steg för att nå ett högre förhållande kostar ungefär 3 procentenheter av effektivitet och lägger till glapp vid varje mesh.

N-serien Planetväxellåda med högt vridmoment Granska denna N Series-enhet när du matchar servicefaktor, förhållande, glapp och antal steg innan du bekräftar toppvridmoment och ISO 6336-driftsberäkningar. Visa produkt →

Om arbetscykeln inkluderar frekvent reversering eller hög reflekterad tröghet, bekräfta toppvridmomentet, antalet toppcykler per timme och tandrots- och flanksäkerhetsfaktorerna beräknade enligt ISO 6336 innan ordern släpps.

Effektivitet, värme och arbetscykel

Varje planetsteg förlorar ungefär 2 % till 3 % av kraften som passerar genom det, så en enstegsenhet ger cirka 97 %, två steg cirka 94 % och tre steg cirka 91 %. Den saknade procenten försvinner inte; den lämnar huset som värme.

Värmeklassificeringar anges vid en definierad omgivning, vanligtvis 40 grader, och en definierad monteringsposition. En enhet som är termiskt adekvat i stillastående luft kan överhettas inuti ett förseglat hölje, och en högre servicefaktor är den billigaste lösningen: den väljer nästa ramstorlek, vilket ökar utstrålningsarean innan det ökar kostnaderna mycket.

Utgångslagers livslängd, radiella belastningar och monteringsgränssnitt

Utgångslagret, inte kugghjulens tänder, är den första komponenten som har slut på marginalen på en remdriven, kedjedriven eller pinjongdriven axel. Kataloglagrets livslängd beräknas enligt ISO 281 och anges normalt som en L10-klassificering på 20 000 timmar vid nominell belastning, den punkt då 90 % av en population överlever den varaktigheten.

N-serien koaxial basmonterad planetväxellåda med högt vridmoment Tänk på denna koaxiala basmonterade enhet när utgående lagerlivslängd, överhängande last, axiell belastning och start per timme styr den drivna axeln. Visa produkt →

Ge tillverkaren tre siffror: den radiella belastningen och dess appliceringspunkt längs den utgående axeln, den axiella belastningen och starterna per timme. En hänglast som appliceras 25 mm längre ut än antaget kan halvera den beräknade lagrets livslängd.

Miljö, tätning och smörjning

Skyddsklass och smörjning bestäms av anläggningen, inte av katalogsidan. IP65 enligt IEC 60529 är det praktiska minimumet där det finns sköljning, damm eller metallpartiklar.

• Fettförseglade enheter tar bort oljebyten men har en lägre kontinuerlig termisk gräns än oljesmorda ramar av samma storlek.
• Oljesmorda enheter som kör mineral- eller syntetisk växellådsolja enligt ISO VG 220 klarar högre hastigheter och kontinuerlig drift bättre, till priset av ett oljebytesintervall.
• Livsmedels-, läkemedels- och förpackningsområden anger vanligtvis NSF H1-registrerade smörjmedel, som måste väljas innan enheten monteras snarare än efter.
• Extrema omgivningar, under minus 10 eller över 45 grader, ändrar smörjmedelsvalet och kan kräva en värmare eller en fläkt.

En urvalssekvens i sex steg för automatiserade maskiner

Matcha växellådan till arbetscykeln i sex steg och anteckna numret bakom varje steg så att en senare förändring kan spåras till ett beslut snarare än en gissning.

Planetväxellåda för svängdrivningsapplikationer Använd denna planetväxellåda när du matchar arbetscykelstegen; Om en kontroll misslyckas, överväg en större ram innan du ändrar till ett lägre förhållande. Visa produkt →

Om ett steg misslyckas, flytta upp en ramstorlek innan du går till ett lägre förhållande; överdimensionering av ramen är reversibel, underdimensionering är inte förhållandet.

Glapp, vridmomentdensitet, effektivitet, lagerlivslängd och tätning är de fem faktorerna som skiljer en planetväxel som håller tolerans i ett decennium från en som blir en rad i underhållsloggen. Att specificera alla fem mot den verkliga arbetscykeln tar en eftermiddag; korrigering av dem efter driftsättning tar en avstängning.