Sprievodca aplikačným inžinierstvom

Šnekové prevody sa zavádzajú Robotika a priemyselná automatizácia – presnosť, samosvornosť a špecifikácia vôle

Prečo si automatizační inžinieri vyberajú závitovkové prevodové pohony napriek ich zníženiu účinnosti – a špecifikáciám vôle, opakovateľnosti a dynamického zaťaženia, ktoré určujú, či robot počas svojho životného cyklu dosahuje menovitú presnosť.

±0,03°
Uhlová opakovateľnosť
300:1
Maximálny jednostupňový prevodový pomer
Samosvorný
Bezpečnostná funkcia
DIN5
Trieda presnosti
⚙ Korea Ever-Power Worm Gear Co., Ltd📍 Ansan-si, Gyeonggi-do, Kórea📧 [email protected]

Paradox presnosti: Prečo roboty používajú závitovkové prevody napriek ich nízkej účinnosti

Každý strojný inžinier, ktorý hodnotí možnosti pohonu pre robotický kĺb, narazí na zjavný rozpor: závitovkové prevody majú mechanickú účinnosť 50 – 751 TP3T, zatiaľ čo špirálové ozubené kolesá dosahujú 92 – 961 TP3T. V energeticky úspornom automatizačnom dizajne sa tento rozdiel javí ako zarážajúci. Závitovkové prevody sa však vyskytujú v priemyselnej a chirurgickej robotike, kolaboratívnych robotických ramenách, systémoch SCARA a automatizovaných polohovacích zariadeniach. Dôvodom nie je to, že automatizační inžinieri prehliadajú stratu účinnosti – je to preto, že riešia súbor požiadaviek, kde závitovkové prevody poskytujú tri vlastnosti, ktoré žiadny iný kompaktný jednostupňový typ prevodu súčasne neposkytuje.

Prvým je samosvorné správanie. Kĺb robota, ktorý sa sám zablokuje, keď je pohon bez napájania, nevyžaduje brzdu na udržanie svojej polohy pri gravitačnom zaťažení. Ide o mechanickú bezpečnostnú funkciu, ktorá sa stáva kritickou v aplikáciách kolaboratívnych robotov (kobotov) podľa normy ISO/TS 15066, v chirurgických robotoch podľa CE MDR a v akejkoľvek robotickej aplikácii, kde musí rameno robota udržať polohu po núdzovom zastavení bez spoliehania sa na aktívne brzdenie. Mechanické samoblokovanie je bezpečné pri poruche; elektromechanická brzda je mäkká pri poruche a zvyšuje mechanickú zložitosť.

závitovka a koleso 1

Druhý je vysoký jednostupňový prevodový pomer. Servomotor bežiaci pri 3 000 ot./min. poháňajúci robotický kĺb pohybujúci sa pri 15 ot./min. vyžaduje redukciu 200:1. Celý tento rozsah pokrýva jeden stupeň závitovkového prevodu. Na rovnaký prevod by boli potrebné tri stupne špirálového prevodu – čo by strojnásobilo počet mechanických komponentov v robotickom kĺbe s obmedzeným priestorom. Treťou vlastnosťou je pravouhlé kompaktné rozloženie, čo rieši geometrické obmedzenie prenášania krútiaceho momentu motora do osi kĺbu z laterálneho smeru – obmedzenie, ktoré sa opakovane objavuje v mechanickej konštrukcii ramena robota a polohovača.

Zníženie efektivity v kontexte: Pre robotický kĺb, ktorý sa pohybuje v priemere 2 hodiny počas 8-hodinovej zmeny (pracovný cyklus 25%) pri mechanickom výkone 500 W, predstavuje dodatočná strata účinnosti závitovkového prevodu 35% v porovnaní so špirálovým ozubeným prevodom približne 175 W dodatočnej produkcie tepla počas prevádzky – alebo približne 350 Wh na smenu. Pri kórejských priemyselných sadzbách elektriny (približne 90 ₩/kWh) je to približne 32 ₩ na smenu alebo 8 000 ₩ ročne. V porovnaní s nákladmi na návrh a výrobu zložitejšieho viacstupňového špirálového kĺbu tieto náklady na energiu zriedkakedy odôvodňujú zvýšenie zložitosti pri robotických aplikáciách s nízkym až stredným výkonom.

Opakovateľnosť, presnosť a vôľa – čo vlastne znamenajú čísla špecifikácií

Geometria kontaktu zubov závitovkového prevodu pre meranie vôle robotického presného polohovania

Geometria kontaktu zubov v zábere závitovkového kolesa – kde sa vytvára vôľa a kde sa dá nastaviť v konfigurácii duplexného závitovkového kolesa.

Špecifikačné listy robotického ramena uvádzajú dva úzko súvisiace, ale technicky odlišné parametre, ktoré sa pri výbere často zamieňajú. závitovkové prevodové pohony pre automatizáciu. Opakovateľnosť je schopnosť vrátiť sa do rovnakej polohy z rovnakého smeru po viacerých cykloch – meraná rozptylom opakovaných príkazov na nastavenie polohy. Presnosť je schopnosť dosiahnuť zadanú polohu, ktorá sa líši od predtým naučenej polohy – ovplyvnená kalibráciou, chybami kinematického modelu a chybami geometrie ozubeného kolesa.

Spätná reakcia ovplyvňuje oboje, ale odlišne. Primárne ovplyvňuje obojsmerný opakovateľnosť – rozptyl pri približovaní sa k rovnakej polohe zo striedavých smerov (v smere a proti smeru hodinových ručičiek). Štandardný závitovkový prevod s vôľou 0,05 – 0,10 mm na rozstupovom valci zavádza uhlovú mŕtvu zónu, ktorá sa priamo premieta do obojsmernej chyby opakovateľnosti. Pre závitovkový prevod s polomerom rozstupu 60 mm je vôľa 0,08 mm = 4,6 oblúkových minút = 0,077° uhlovej mŕtvej zóny.

Pri automatizácii typu pick-and-place, kde sa robot vždy približuje z rovnakého smeru (jednosmerne), táto vôľa nespôsobuje žiadne zníženie opakovateľnosti. Pri zváracích robotoch, kontrolných systémoch a akejkoľvek aplikácii vyžadujúcej obojsmernú presnosť musí byť vôľa kontrolovaná – buď špecifikovaním duplexného závitovkového prevodu s nastaviteľnou vôľou, alebo implementáciou softvérovej kompenzácie vôle v riadiacej jednotke robota.

Typ robota/systému Požiadavka na vôľu Smer priblíženia Odporúčanie pre výstroj Typický pomer
Paletizácia (pick-and-place) < 0,15 mm prijateľné Jednosmerný Štandardný závitovkový prevod, DIN8 20:1 – 80:1
Zváranie / montáž SCARA < 0,05 mm Obojsmerný Dvojitá závitovka, DIN6–DIN7 60:1 – 120:1
Kontrola s vizuálnym navádzaním < 0,02 mm Obojsmerný + zastávky Dvojitá závitovka DIN5, softvérová kompatibilita. 80:1 – 200:1
Kolaboratívny robot (kobot) < 0,08 mm Obojsmerný Dvojitý závitovkový ventil, DIN6 40:1 – 100:1
Sledovanie slnečnej energie / antény < 0,10 mm Primárne jednopriame. Štandardný alebo duplexný závitovkový systém 80:1 – 300:1
Automatický testovací polohovač < 0,01 mm Obojsmerný Dvojitý závitovkový DIN5 + spätná väzba z enkodéra 100:1 – 300:1

Dynamické zaťaženie v automatizácii — akceleračné momenty, zotrvačnosť a pracovný cyklus

Menovitý krútiaci moment závitovkového prevodu je jeho nepretržitá krútiaca kapacita za ustálených podmienok. V robotických a automatizačných aplikáciách je kritickou špecifikáciou skutočný okamžitý krútiaci moment počas fáz zrýchlenia a spomalenia – nie krútiaci moment pri prevádzke. Kĺb robota, ktorý nesie užitočné zaťaženie s hmotnosťou 10 kg konštantnou rýchlosťou, vytvára krútiaci moment potrebný na podopretie užitočného zaťaženia proti gravitácii. Ten istý kĺb, ktorý zrýchľuje z pokoja na plnú rýchlosť za 0,2 sekundy, vytvára akceleračný krútiaci moment, ktorý môže byť 3 – 5-násobok krútiaceho momentu pri prevádzke.

Odhad maximálneho krútiaceho momentu pre kĺbový pohon robota
T_vrchol = T_gravitácia + T_zotrvačnosť = (F_užitočné zaťaženie × r_rameno × cos θ) + (J_celkom × α)
T_gravitácia = gravitačný krútiaci moment užitočného zaťaženia pri maximálnom predĺžení ramena a uhle θ od horizontálnej roviny
J_total = celková rotačná zotrvačnosť v kĺbe (užitočné zaťaženie + konštrukcia ramena + odrazená zotrvačnosť ozubeného kolesa)
α = uhlové zrýchlenie kĺbu (rad/s²) – určené profilom rýchlosti ovládača robota
Príklad: užitočné zaťaženie 5 kg pri polomere 0,5 m, uhle 45°, zrýchlení 300°/s² → T_peak ≈ 17,4 + 22,3 = 39,7 Nm peak vs. 11,8 Nm krútiaceho momentu pri gravitačnom behu — 3,4× dynamické zosilnenie

Pre automatizácia závitovkového prevodu Podľa špecifikácií musí prevádzkový faktor aplikovaný na menovitý krútiaci moment zohľadniť toto dynamické zosilnenie. Všeobecný priemyselný prevádzkový faktor 1,5 nie je dostatočný pre robotické aplikácie s vysokým cyklom. Správnym prístupom je priamo vypočítať špičkový krútiaci moment a vybrať prevodový modul tak, aby sa zabezpečilo, že špičkový krútiaci moment je v rámci preťažiteľnosti prevodového sústavy (zvyčajne 2× trvalý menovitý krútiaci moment pre krátkodobé špičky).

Výpočet pracovného cyklu

Automatizované pohony zriedka bežia pri konštantnom zaťažení. Správnym základom pre tepelné dimenzovanie je RMS krútiaci moment počas celého pohybového cyklu, zatiaľ čo špičkový krútiaci moment určuje požiadavky na mechanickú pevnosť. Pre robot typu pick-and-place s dobou cyklu 80% pri špičkovom krútiacom momente 30% a 20% pri špičkovom krútiacom momente 100% je RMS krútiaci moment približne 47% špičky – čo sa výrazne líši od špičkových aj prevádzkových hodnôt.

Odrazená zotrvačnosť

Hriadeľ motora vníma zotrvačnosť záťaže odrážajúcu sa cez druhú mocninu prevodového pomeru (J_odraz = J_záťaž / i²). Vysoký prevodový pomer dramaticky znižuje odrazenú zotrvačnosť – závitovkové koleso s prevodom 100:1 znižuje zotrvačnosť záťaže vnímanú motorom 10 000-krát. Preto závitovkové prevody s vysokým prevodovým pomerom umožňujú malým servomotorom zrýchľovať veľké užitočné zaťaženia – prispôsobenie zotrvačnosti je priaznivé, aj keď je účinnosť stredná.

Tuhosť a rezonancia

Torzná tuhosť ozubeného záberu ovplyvňuje prirodzenú frekvenciu robotického ramena pri dynamickom zaťažení. Tuhšia sieť (vyššia Hertzova kontaktná tuhosť, ktorá sa zvyšuje s modulom a kvalitou kontaktného vzoru) zvyšuje prirodzenú frekvenciu, čím sa znižuje riziko rezonancie v rozsahu prevádzkových rýchlostí. Zdokumentovaný kontaktný vzor spoločnosti Korea Ever-Power (šírka plochy ≥70%) priamo prispieva k predvídateľnej tuhosti siete.

Kolaboratívne roboty a ISO/TS 15066 – Samosvorenie ako bezpečnostná funkcia

Norma ISO/TS 15066:2016 špecifikuje požiadavky na aplikácie kolaboratívneho robota, kde robot pracuje v zdieľanom pracovnom priestore s ľudskými pracovníkmi. Kľúčovým bezpečnostným parametrom je správanie robota, keď bezpečnostný systém vydá príkaz na zastavenie – najmä v kĺboch ​​so zvislou osou, kde gravitačné zaťaženie spôsobí pokles ramena, ak pohon neudrží svoju polohu.

V kolaboratívnych robotických konštrukciách využívajúcich závitovkové prevodové spoje poskytuje inherentné samosvorné správanie závitovkového prevodu s jedným chodom v pomere 20:1 a vyššom mechanickú funkciu udržiavania polohy, ktorá nezávisí od výkonu, krútiaceho momentu motora alebo elektromechanických bŕzd. To zjednodušuje bezpečnostnú architektúru: samosvorný mechanizmus závitovkového prevodu je pasívna, od výkonu nezávislá bezpečnostná funkcia, ktorú možno zahrnúť do analýzy bezpečnostných funkcií podľa normy IEC 62061 alebo ISO 13849. Samosvorný závitovkový prevodový spoj prispieva k dosiahnutiu bezpečnostných hodnotení PLd (úroveň výkonu d) pre udržiavanie polohy v príslušných konfiguráciách.

Kritická požiadavka na špecifikáciu samosvorného kolaboratívneho robota: Samosvorná funkcia sa musí overiť pri maximálnej prevádzkovej teplote so skutočne špecifikovaným mazivom – nie za okolitých laboratórnych podmienok. Kĺbový pohon cobotu pracujúci pri teplote krytu 68 °C s nízkoviskóznym syntetickým olejom nemusí spĺňať podmienku samosvornosti, ktorú ten istý pohon spĺňa pri 25 °C so štandardným minerálnym olejom. Výpočet samosvornosti pri špecifikovanej prevádzkovej teplote si vyžiadajte ako súčasť dokumentácie overenia návrhu. Spoločnosť Korea Ever-Power poskytuje tento výpočet štandardne pre jednochodové závitovkové prevodovky objednané pre aplikácie s bezpečnostnou funkciou.

Automatizačné inžinierstvo v praxi

Štyri špecifikácie robotických závitovkových prevodov – presnosť, bezpečnosť a riešenia pre prispôsobenie prevodových pomerov

Ulsan, Kórea · Automobilový montážny robot OEM
SCARA Joint Drive – Vlastný prevodový pomer pre prispôsobenie rýchlosti servomotora

Výzva: Kórejský výrobca robotov SCARA pre zváranie karosérií automobilov potreboval prevodový pomer závitovkového prevodu, ktorý by zodpovedal špecifickému prevádzkovému bodu servomotora. Optimálne otáčky motora pre ich krivku krútiaceho momentu a otáčok boli 2 800 ot./min.; požadované výstupné otáčky spoja boli 72 ot./min. Požadovaný pomer bol 38,9:1 – nie je k dispozícii v žiadnom štandardnom katalógu. Objednanie najbližšieho katalógového pomeru (40:1) by si vyžadovalo zníženie prevádzkového bodu servomotora o 2,751 TP3T – čo je prijateľné pre nepretržitú prevádzku, ale spôsobuje merateľné zníženie presnosti pri trajektóriách zváracej dráhy s vysokým počtom cyklov.

Riešenie: Spoločnosť Korea Ever-Power vyrobila polozákazkovú sadu závitovkových prevodov úrovne 3: z2 = 39-zubové koleso na štandardných odvaľovacích nástrojoch M5, prispôsobené jednochodému závitovkovému hriadeľu brúsenému na presnú geometriu 39:1. Neštandardný prevodový pomer si nevyžadoval žiadne nové nástroje – iba iné nastavenie ozubeného kolesa na odvaľovacom stroji. Dodacia lehota: 5 týždňov pre prvú várku. Robot splnil svoju špecifikáciu presnosti dráhy (±0,04 mm v mieste spoja) bez zmeny veľkosti servomotora.

✓ Zákazkový pomer 39:1 · Bez nových nástrojov · Dosiahnutá presnosť dráhy ±0,04 mm · Dodacia lehota 5 týždňov
Hočiminovo Mesto, Vietnam · Elektronika Pick-and-Place
Vysokocyklové opotrebovanie – modernizácia materiálu zabraňuje 6-mesačnému cyklu výmeny

Výzva: Vietnamský zmluvný výrobca elektroniky, ktorý prevádzkoval montážne linky typu pick-and-place 24 hodín denne, 7 dní v týždni, vymieňal závitovkové kolesá každých 5 až 7 mesiacov na svojich vysokorýchlostných robotoch na umiestňovanie súčiastok. Rýchlosť cyklov bola 380 cyklov za minútu počas 22-hodinových výrobných dní – približne 500 000 kontaktov zubov za 8-hodinovú zmenu. Analýza chybných kolies pomocou súradnicového meracieho prístroja (CMM) ukázala progresívne abrazívne opotrebovanie zodpovedajúce nedostatočnému rozdielu tvrdosti: hriadeľ bol indukčne kalený metódou C45 (povrchová tvrdosť 48 HRC pri kontrole) a bronzové koleso dosiahlo medznú vôľu skôr, ako sa objavilo viditeľné odieranie.

Riešenie: Modernizácia Korea Ever-Power: Indukčne kalený hriadeľ C45 → 40Cr kalený pri tvrdosti 54 HRC, rovnaký modul a rozmery otvoru. Dodatočná povrchová tvrdosť 6 HRC približne zdvojnásobila rozdiel tvrdosti oproti kotúču z cínového bronzu, čím sa priamo zlepšila odolnosť proti opotrebovaniu úmerne druhej mocnine rozdielu tvrdosti. Rovnaký otvor, rovnaký modul, výmena každý týždeň s dokumentáciou potvrdzujúcou modernizáciu materiálu.

✓ Vylepšenie o 40Cr · Náhrada bez nutnosti montáže · Životnosť > 18 mesiacov (overené) · Nie je potrebná žiadna úprava
Singapur · Robot na manipuláciu s polovodičovými doštičkami
Presný portálový pohon – požiadavka na opakovateľnosť ±0,02 mm v rozsahu teplôt

Výzva: Výrobca polovodičových zariadení, ktorý navrhuje portál na manipuláciu s doštičkami pre 200 mm továreň, požadoval závitovkové prevody pre os θ (rotačné polohovanie) s obojsmernou opakovateľnosťou ±0,02 mm na nosiči doštičiek (čo zodpovedá ±0,019° pri závitovkovom kolese s polomerom rozstupu 60 mm). Výzvou bolo dodržať túto špecifikáciu v celom teplotnom rozsahu 20 °C – 40 °C v kryte zariadenia – štandardná vôľa závitovkového kolesa sa zvyšuje s teplotou, pretože rozdielna tepelná rozťažnosť mení geometriu siete.

Riešenie: Spoločnosť Korea Ever-Power dodala duplexné závitovkové prevody (s nastaviteľnou vôľou) kalibrované na nulovú vôľu pri strednej prevádzkovej teplote 30 °C. Duplexná konfigurácia umožňuje opätovné nastavenie vôle, ak tepelné cykly spôsobia drift – bez nutnosti demontáže prevodovky z robota. Kvalifikačné testy výrobcu zariadenia potvrdili obojsmernú opakovateľnosť ±0,018° v celom teplotnom rozsahu, čím splnili špecifikáciu ±0,019° s rezervou.

✓ Dvojitá závitovka · ±0,018° obojsmerná opakovateľnosť · Teplotne stabilná · Špecifikácia splnená s rezervou
Gyeonggi-do, Kórea · Integrátor kolaboratívnych robotov
Kĺb ramena cobota – Samosvorná bezpečnostná funkcia – dokumentácia pre certifikáciu CE

Výzva: Kórejský integrátor kolaboračných robotov pripravoval technický súbor CE pre nového kolaboratívneho robota so 6 stupňami voľnosti podľa smernice o strojových zariadeniach 2006/42/ES a normy ISO/TS 15066. Analýza bezpečnostnej funkcie pre udržiavanie polohy zápästného kĺbu podľa normy ISO 13849 si vyžadovala posúdenie úrovne výkonu (PL) pre mechanickú samosvornú funkciu závitovkového prevodu. Integrátor potreboval zdokumentované dôkazy o tom, že samosvorné správanie závitovkového prevodu spĺňa podmienky požadované pre príspevok PLd.

Riešenie: Spoločnosť Korea Ever-Power poskytla formálny dokument o overení samosvornosti pre konkrétnu súkolesovú sústavu: výpočet uhla nábehu pri špecifikovanej geometrii rozstupu; rozsah koeficientu trenia pri prevádzkovej teplote (25 °C – 70 °C) so špecifikovaným mazivom; bezpečnostná rezerva samosvornosti pri najhoršej teplote (70 °C, scenár minimálneho trenia); a potvrdenie, že funkcia samosvornosti je pasívny mechanizmus nezávislý od výkonu. Notifikovaný orgán tento dokument prijal ako podporný dôkaz pre priradenie bezpečnostnej funkcie PLd.

✓ Samosvorná funkcia PLd zdokumentovaná · Technická dokumentácia CE akceptovaná · Otázka notifikovanej osoby uzavretá

Produkty Ever-Power v Kórei

Produkty závitovkových prevodov pre robotiku a automatizáciu

Duplexný závitovkový prevod – robotický kĺbový pohon
Presnosť · Nastaviteľná vôľa · DIN5–7
Duplexný závitovkový prevod – robotický kĺbový pohon
Definitívna špecifikácia pre robotické a automatizačné aplikácie vyžadujúce obojsmernú presnosť polohovania počas celej prevádzkovej životnosti systému. Dvojitý závitový hriadeľ – kde ľavý a pravý bok závitu majú mierne odlišné hodnoty stúpania – umožňuje regulovať vôľu nastavením axiálnej polohy závitového hriadeľa v jeho puzdre: posúvaním hriadeľa smerom k kolesu sa do záberu dostane hrubšia časť závitu závitu, čím sa vôľa medzi závitom závitu a zubom kolesa zmenší takmer na nulu. V robote so 6 stupňami voľnosti, ktorý pracuje 20 hodín denne, sa mechanická vôľa štandardného závitového spoja zvýši z jeho pôvodnej špecifikácie (typicky 0,03 – 0,08 mm) na 0,20 – 0,35 mm počas 12 – 18 mesiacov, pretože boky zubov kolesa sa opotrebúvajú počas prevádzky s vysokým počtom cyklov. Dvojitý závitovkový hriadeľ umožňuje korekciu tejto vôle počas 15-minútového údržbárskeho postupu – axiálneho posunu hriadeľa – bez nutnosti demontáže ozubeného kolesa z robota alebo výmeny akýchkoľvek komponentov. Opätovné nastavenie je možné 4 – 6-krát počas životnosti ozubeného kolesa. Samosvorné správanie je plne zachované v celom rozsahu nastavenia pre konfigurácie s jedným spustením, čím sa zachováva bezpečnostná funkcia. Trieda presnosti DIN5 až DIN7 v závislosti od špecifikácie; zdokumentovaný kontaktný vzor ≥ 70%. Dostupné v prevedení SS316 pre automatizačné aplikácie v čistých priestoroch a v blízkosti potravín. K dispozícii je formálny dokument o overení samosvorného systému pre smernicu CE pre strojné zariadenia a podania týkajúce sa bezpečnostnej funkcie kolaboratívneho robota.
Negatívna reakciaNastaviteľné takmer od nuly – bez výmeny dielov
Trieda presnostiDIN5, DIN6 alebo DIN7
SamosvornéZachované v celom rozsahu nastavenia
Úprava4–6 cyklov počas životnosti
Podpora CEDokument o samosvornej bezpečnostnej funkcii

Zobraziť špecifikácie →

Sada závitoviek z legovanej ocele – špecifikácia zákazkovej automatizácie
Vlastný pomer · Vysoká presnosť · Viacnásobný štart
Sada závitoviek z legovanej ocele – špecifikácia zákazkovej automatizácie
Štandardné katalógové prevodové pomery (5, 7,5, 10, 15, 20, 25, 30, 40:1…) sú definované najbežnejšími priemyselnými aplikáciami. Robotické a automatizačné systémy sú často navrhnuté okolo prevádzkových bodov servomotorov a kinematických požiadaviek, ktoré spadajú medzi katalógové prevodové pomery – 37:1, 43:1, 67:1, 84:1. Spoločnosť Korea Ever-Power vyrába akýkoľvek celočíselný prevodový pomer od 5:1 do 300:1 pri štandardných veľkostiach modulov (M0,5 až M10) ako polozákazkovú špecifikáciu úrovne 3, bez nových nástrojov a s dodacími lehotami porovnateľnými s katalógovou dodávkou pri opätovnej objednávke. Viacstupňové konfigurácie (z1=2 alebo z1=4) sú k dispozícii tam, kde je potrebné zlepšenie účinnosti spolu so špecifickým prevodovým pomerom – napríklad štvorstupňová sada 20:1 s účinnosťou 85% namiesto jednostupňovej sady 20:1 s účinnosťou 68%. Štandardným materiálovým párom je závitovkový hriadeľ z legovanej ocele (40Cr kalený na 50 – 56 HRC alebo SCM415 cementovaný na 58 – 62 HRC pre vysokocyklové presné aplikácie) a kotúč z cínu ZCuSn10Pb1. Každá sada obsahuje správu o rozmerovej kontrole súradnicového meracieho prístroja (CMM), fotografiu kontaktného obrazca (potvrdené ≥70%) a materiálové certifikáty. Pre programy dodávok automatizácie s opakujúcimi sa objednávkami rovnakej špecifikácie sú k dispozícii rámcové objednávky s pevnými cenami a 2 – 3 týždňovými dodacími lehotami.
Rozsah pomeruĽubovoľné celé číslo 5:1 – 300:1
Viacnásobný štartz1=1, 2 alebo 4 k dispozícii
ModulM0,5 – M10
Dodacia lehotaŠtandardne 3–5 týždňov, na doobjednanie 2 týždne
Dodávateľský programMožnosť objednania deky

Zobraziť špecifikácie →

Servo-montáž závitovkového prevodu pre automatizáciu
Uzavretá redukcia · Montáž príruby serva
Servo-montáž závitovkového prevodu pre automatizáciu
Pre automatizačné a robotické aplikácie vyžadujúce kompletnú uzavretú zostavu pohonu – prírubová montáž motora, krytie IP54 alebo IP65, predplnené mazivo, výstupný hriadeľ alebo dutý otvor – poskytujú servomotorom kompatibilné závitovkové reduktory od spoločnosti Korea Ever-Power presné prevodové sady v konfiguráciách krytu navrhnutých pre priamu montáž servomotora. Závitovková súprava v reduktore spĺňa rovnaké normy presnosti (štandardne DIN6–DIN7, na požiadanie DIN5), materiálové špecifikácie a požiadavky na dokumentáciu ako holé prevodové sady. Kryt je vyrobený zo zliatiny hliníka (ľahká pre integráciu robotického ramena) s voliteľnou eloxovanou alebo lakovanou povrchovou úpravou pre kompatibilitu s čistými priestormi. Vstupná spojka je kompatibilná s veľkosťami rámov servomotorov podľa IEC 56 až IEC 132. Výstupné konfigurácie: plný hriadeľ, dutý otvor a prírubová montáž. Pre viacosové polohovače robotov a portálové automatizačné systémy zjednodušuje identická súprava prevodov v konfigurácii krytu reduktora mechanickú integráciu a zároveň zachováva kvalitu špecifikácií požadovanú pre presnosť robota. Špecifikácie integrovaného závitovkového reduktora pre automatizačné a polohovacie aplikácie nájdete na našej stránke: šnekový prevodový reduktor.top
BývanieHliník, IP54 alebo IP65
Držiak motoraIEC 56 – IEC 132
VýstupPlný hriadeľ, dutý otvor, príruba
PresnosťŠtandard DIN6–DIN7, DIN5 na požiadanie
DokumentáciaRovnaké ako štandardná sada holých ozubených kolies

Zobraziť špecifikácie →

Často kladené otázky o robotike a automatizácii

Závitovkové prevody v robotoch a automatizácii – otázky od strojných a riadiacich inžinierov

Ako sa meria vôľa závitovkového prevodu a aký je vzťah medzi číslom v technickom liste a chybou polohy, ktorú uvidím v mojom robote?+

Vôľa v závitovkových súkolesiach sa typicky meria ako uhlový pohyb výstupného hriadeľa, keď je vstupný hriadeľ držaný v pokoji a výstupný hriadeľ sa striedavo otáča v oboch smeroch známym krútiacim momentom – uhlový rozdiel medzi týmito dvoma polohami je uhol vôle. Tento uhol sa potom udáva ako lineárna hodnota na rozstupovom valci (uhol vôle × polomer rozstupu). Vzťah medzi touto hodnotou a chybou polohy robota závisí od toho, ako sa robot približuje k cieľu: jednosmerné priblíženia (vždy z rovnakého smeru) vidíme v podstate nulovú penalizáciu za vôľu; obojsmerné priblíženia vidia plnú vôľu ako mŕtvu zónu. Pre závitovkové koleso s polomerom rozstupu 60 mm je vôľa 0,08 mm = 4,6 oblúkových minút = uhlová mŕtva zóna 0,077°. V stredovom bode robotického nástroja 500 mm od kĺbu sa to premieta do chyby polohy TCP približne 0,67 mm – čo je významné pre presnú montáž, ale prijateľné pre mnohé aplikácie manipulácie s materiálom.

Môžem namiesto použitia duplexného závitovkového prevodu implementovať kompenzáciu vôle softvérovo?+

Áno, softvérová kompenzácia vôle je účinná pre mnoho automatizačných aplikácií. Riadiaca jednotka robota ukladá známu hodnotu vôle pre každý kĺb a pred akoukoľvek zmenou smeru pridá predkompenzačný pohyb – pohyb za cieľ o vzdialenosť vôle v smere priblíženia a následný návrat k cieľu. Tým sa eliminuje obojsmerná chyba opakovateľnosti pri kvázistatickom polohovaní. Obmedzenia: (1) Softvérová kompenzácia funguje pre známu konštantnú vôľu; ak vôľa s opotrebovaním rastie, hodnota kompenzácie sa musí pravidelne aktualizovať; (2) Dynamická kompenzácia je zložitejšia a menej účinná pri vysokých rýchlostiach; (3) Poddajnosť v zábere ozubených kolies stále existuje, aj keď je kompenzovaná priemerná chyba polohy – vibrácie z rýchlych zmien smeru nie sú eliminované softvérovou kompenzáciou. Pre aplikácie s vysokým cyklom, kde je problémom nárast vôle počas tisícok hodín, je robustnejším dlhodobým riešením duplexný závitovkový prevod, ktorý je možné mechanicky prestaviť.

Aký prevodový pomer by som mal použiť pre servomotor bežiaci pri 3 000 ot./min., ktorý poháňa kĺb robota, ktorý sa musí pohybovať maximálne pri 90 ot./min.?+

Požadovaný prevodový pomer: 3 000 ÷ 90 = 33,3:1. Najbližšie štandardné katalógové prevodové pomery sú 30:1 a 36:1. Pri pomere 30:1 by maximálna rýchlosť kĺbu bola 100 ot./min. – o 11% rýchlejšie ako limit rýchlosti serva. Pri pomere 36:1 by maximálna rýchlosť kĺbu bola 83,3 ot./min. – o 7,5% pomalšie ako je potrebné. Ani jeden z nich nie je ideálny. Spoločnosť Korea Ever-Power dokáže vyrobiť prevodový pomer 33:1 (z2 = 33 zubov, jednochodý závitovkový hriadeľ) ako polozákazkovú špecifikáciu úrovne 3 bez nových nástrojov, ktorá presne zodpovedá požiadavkám na rýchlosť vášho servomotora a kĺbu. Pri zadávaní objednávky poskytnite modul (alebo stredovú vzdialenosť a priemery hriadeľov) a my pred pokračovaním potvrdíme geometriu na úrovni 33:1.

Ako mám zohľadniť účinnosť závitovkového prevodu pri výpočte rozpočtu krútiaceho momentu servomotora?+

Účinnosť závitovkového prevodu sa v rozpočte krútiaceho momentu objavuje na dvoch miestach. Pre smer pohonu (motor poháňa záťaž) je výstupný krútiaci moment dostupný na kĺbe T_výstup = T_motor × prevodový_pomer × η, kde η je účinnosť pri pohybe vpred. Prevodový pomer 50:1 nastavený na účinnosť 65% s motorom s krútiacim momentom 1 Nm produkuje na kĺbe 32,5 Nm (nie 50 Nm). Pre zmenu rýchlosti sú otáčky kĺbu = otáčky motora ÷ prevodový pomer. Pre rozpočet výkonu: vstupný výkon = výstupný výkon ÷ η, takže motor musí poskytovať väčší výkon, ako vyžaduje záťaž. V softvéri na dimenzovanie servomotorov, ak softvér nezahŕňa účinnosť závitovkového prevodu do svojho výpočtu, vynásobte požadovaný krútiaci moment kĺbu číslom (1/η), aby ste našli požadovaný príspevok krútiaceho momentu motora, a vynásobte teplo generované v prevodovke číslom (1-η) × P_vstup, aby ste našli tepelné zaťaženie.

Potrebujeme zmeniť prevodový pomer na existujúcom kĺbe robota bez výmeny motora alebo krytu. Je to možné?+

Áno, ak nový prevodový pomer používa počet zubov kolesa, ktorý sa zmestí do rovnakej vzdialenosti osí puzdra. Pre jednochodý závitovkový pohon (z1=1) si zmena prevodového pomeru zo 40:1 na 35:1 vyžaduje zmenu kolesa zo 40 zubov na 35 zubov. Priemer rozstupu kolesa sa mení úmerne – 35-zubové koleso pri M5 má d2 = 35 × 5 = 175 mm oproti 200 mm pre 40-zubové koleso. Vzdialenosť osí sa mení z (d1 + d2)/2 = (50 + 200)/2 = 125 mm na (50 + 175)/2 = 112,5 mm – čo si vyžaduje upravené puzdro alebo usporiadanie podložiek. Ak má puzdro nastavenie (čo má mnoho konštrukcií polohovadiel a robotov), ​​zmena prevodového pomeru je uskutočniteľná v rámci toho istého puzdra. Poskytnite rozmery vášho existujúceho ozubeného kolesa (modul, aktuálny počet zubov, priemery hriadeľov, stredovú vzdialenosť), aktuálne a požadované prevodové pomery a spoločnosť Korea Ever-Power pred akoukoľvek úpravou konštrukcie potvrdí, či je zmena prevodového pomeru dosiahnuteľná v existujúcom kryte.

Aká je očakávaná životnosť závitovkového prevodového kĺbu vo vysokocyklovom montážnom robote?+

Životnosť závisí predovšetkým od: materiálu kolesa, kvality kontaktného vzoru, mazania a pomeru skutočného krútiaceho momentu k menovitému krútiacemu momentu. Pre správne špecifikovaný hriadeľ z legovanej ocele + bronzovú sadu kolies ZCuSn10Pb1 pracujúcu pri menovitom krútiacom momente 60–70% v nepretržitej prevádzke pri 400 cykloch/minútu (približne 14 miliónov cyklov za smenu): opotrebenie boku zubov kolesa by malo zostať v rámci špecifikácie počas 8 000 – 15 000 prevádzkových hodín, ak je mazanie správne a zábeh je dokončený. Kľúčové faktory, ktoré túto životnosť skracujú: prevádzka nad menovitým krútiacim momentom 80% (dramaticky urýchľuje únavu z jamkovej kryštalizácie); mazivo s prísadami EP spôsobujúce korózne pôsobenie; prevádzková teplota nad 80 °C (urýchľuje degradáciu maziva a zvyšuje trenie); a rázové zaťaženie z prudkých štartov motora pri plnom zaťažení (pre automatizované pohony s vysokým počtom cyklov použite riadenie motora s mäkkým rozbehom). Odporúčame odber vzoriek oleja každých 2 000 hodín na sledovanie počtu častíc opotrebenia ako včasné varovanie pred zrýchlením rýchlosti opotrebovania.

Ako špecifikujem závitovkový prevod pre kolaboratívne robotické aplikácie, kde je samosvorné správanie zdokumentovanou bezpečnostnou funkciou podľa normy ISO 13849?+

Špecifikácia musí obsahovať: (1) prevodový pomer a počet štartov, ktoré vytvárajú uhol nábehu pod uhlom trenia pri najhorších teplotných a mazacích podmienkach – nielen pri okolitých teplotách; (2) špecifikáciu maziva (trieda a typ ISO VG) použitú pri výpočte samosvornosti; (3) maximálnu očakávanú teplotu krytu pri najhorších tepelných podmienkach; a (4) požadovanú bezpečnostnú rezervu samosvornosti (typicky ρ' – λ ≥ 1,5°). Spoločnosť Korea Ever-Power poskytuje formálny dokument o overení samosvornosti, ktorý pokrýva tieto parametre pre jednochodé závitovkové prevody objednané pre aplikácie s bezpečnostnou funkciou. Tento dokument obsahuje výpočet uhla nábehu, údaje o koeficiente trenia pri špecifikovanom teplotnom rozsahu, uhol trenia pri najhoršej teplote a výslednú bezpečnostnú rezervu. Dokument je formátovaný pre priame zahrnutie do analýzy bezpečnostnej funkcie podľa normy ISO 13849 ako podporný dôkaz.

Aká je hladina hluku závitovkového prevodového pohonu v kolaboratívnom robote a ako ju možno minimalizovať?+

Závitovkové prevody sú inherentne tichšie ako špirálové ozubené kolesá s ekvivalentným prevodovým pomerom v rovnakom module, pretože kontakt zubov závitovkového kolesa je klzný kontakt s postupným záberom zubov, a nie záber zubov čelných ozubených kolies s dominantným nárazom. Typické hladiny hluku pre správne špecifikované, dobre mazané závitovkové prevody pri miernych prevádzkových rýchlostiach (závitovkový hriadeľ 500 – 1 500 ot./min.) sú 55 – 70 dB(A) na 1 meter, čo je menej ako vo väčšine prevádzkových prostredí kolaboratívnych robotov. Opatrenia na zníženie hluku: (1) Mierne zväčšiť veľkosť modulu, aby sa znížilo kontaktné napätie zubov (nižší frekvenčný šum kontaktu); (2) Zlepšiť kvalitu kontaktného vzoru – kontaktný vzor ≥70%, ako je overené na fotografii kontaktného vzoru spoločnosti Korea Ever-Power, produkuje výrazne menej hluku v zábere ako ozubené koleso s bodovým kontaktom, ktoré nie je kompatibilné; (3) Zabezpečiť správnu viskozitu maziva – olej s nízkou viskozitou pri vysokej teplote produkuje viac hluku pri hraničnom kontakte ako olej s dostatočnou viskozitou; (4) Závitovkové kolesá z nylonu alebo plastu POM výrazne znižujú hluk pri aplikáciách s veľmi nízkym zaťažením na úkor krútiaceho momentu.

Zadajte svoj robotický závitovkový prevodový pohon

Uveďte typ robota, os kĺbu, požadovaný prevodový pomer (alebo rýchlosť motora + rýchlosť kĺbu), požiadavku na vôľu, špecifikáciu opakovateľnosti, pracovný cyklus a všetky požiadavky na dokumentáciu bezpečnostných funkcií. Spoločnosť Korea Ever-Power vráti kompletnú špecifikáciu s potvrdením vlastného prevodového pomeru a dodacou lehotou do jedného pracovného dňa.

Redaktor: Cxm

VR prehliadka našej továrne

TAGY:Šnekový prevod | závitovkový prevodový šnekový prevod