Планетарные редукторы для сервоприводов: точное снижение момента для надежной работы

Планетарный редуктор для сервопривода — это тип шестеренной системы. Чтобы снизить обороты двигателя до необходимых и получить высокий момент, он использует коробку скорости как преобразователь. Как работает планетарная коробка? Из конструкции станет понятнее. Планетарные шестерни, солнечная шестерня и венечная шестерня — основные элементы планетарного сервoredуктора.

Венечная шестерня в прямом контакте с внутренним корпусом коробки. В центре венечной шестерни находится дополнительная силовая солнечная шестерня. Между солнечной и венечной шестернями находится планетарный набор из трех шестерен, равноустановленных на планетарном несе, плавающем между ними на опоре выходного вала, ободке и солнечной шестерне. Планетарные шестерни заставляются вращаться при активации солнечной шестерни входной мощностью, а затем вращаются с орбитой венечной шестерни вокруг центра. Рассмотрим, почему планетарные сервoredукторы — отличный инструмент.

Основные функции планетарного сервoredуктора

Планетарный сервoredуктор служит редуктором скорости и усилителем момента. Умножение момента позволяет приводить машину в действие гораздо меньшим двигателем, экономя ресурсы и энергию. Роль редуктора скорости так же значима в некоторых применениях, как и функция умножения момента. Например, выращивание кристаллов подразумевает пошаговое подъемание шара из барабана с расплавленным материалом. Вся сборка должна вращаться очень равномерно, со скоростью 15° в час, чтобы кристалл оставался круглым, гладким и однородным. Сервомеханизм обеспечивает жесткий угловой контроль, но сервоприводы обычно плохо работают или не выдают высокий момент на низких скоростях. Включение редуктора позволяет сервоприводу работать с точки зрения управления на максимальной скорости, выдавая ограниченный момент, который умножается передаточным числом до нужного уровня.

Почему «серво» в планетарном сервoredукторе важно?

В серво-приложениях — где устройство обратной связи управляет моментом, положением или скоростью линейной или вращательной системы — отношение инерции нагрузки к инерции двигателя критично для производительности системы. Меньшее отношение инерции позволяет двигателю точнее управлять нагрузкой, избегать перерегулирования и колебаний, улучшая отклик системы. Если реальную инерцию нагрузки нельзя изменить, добавление редуктора в систему может снизить отраженную инерцию нагрузки обратно к двигателю, фактически делая так, будто двигателю нужно преодолеть меньшую инерцию.

Редуктор снижает отраженную инерцию нагрузки в квадрате передаточного числа, поэтому добавление редуктора может значительно улучшить инерционное отношение. Шестерни также умножают момент от двигателя к нагрузке пропорционально передаточному числу, снижая требуемую скорость двигателя в той же мере. В некоторых применениях это позволяет использовать меньший двигатель и работать на более высокой, эффективной скорости.

Основные преимущества планетарных сервoredукторов

Планетарные сервoredукторы используют три вида шестерен для передачи момента: планетарные, солнечную и венечную. Присоединенный двигатель вращает солнечную шестерню в центре сборки. Множество планетарных шестерней работают с солнечной и венечной, которые стационарны и закреплены в корпусе. При вращении солнечной шестерни она заставляет планетарные вращаться вокруг своих осей и вокруг солнечной. Положение планетарных шестерен задает емкость (yoke), включающая выходной вал.

При таком расположении нагрузка распределяется на множество зубьев, давая планетарным конструкциям высокую жесткость и способствуя низкому люфту — всего 1-2 угловые минуты в некоторых конструкциях. Высокая жесткость важна в применениях с частыми пусково-тормозными циклами или сменой направления вращения.

Планетарные конструкции также компактны, обеспечивая высокие передаточные числа в небольшом корпусе. Компактность означает низкую инерцию, что особенно выгодно в серво-приложениях, так как инерция редуктора напрямую увеличивает инерцию нагрузки, которую должен балансировать двигатель. И хотя планетарные шестерни, как и другие, могут смазываться смазкой или маслом, большинство из них заводами смазываются жидкой смазкой и не требуют повторной смазки или обслуживания на протяжении всей службы. Другие преимущества:

Умножение момента

Планетарные сервoredукторы дают механическое преимущество при установке на выходной вал двигателя. Число шестерен и зубьев на каждой обеспечивает механическое преимущество, определяемое передаточным числом. Если двигатель выдает 100 фунт-дюйм момента, подключение 5:1 планетарного сервoredуктора дает выходной момент около 500 фунт-дюйм (в зависимости от КПД).

Снижение скорости

Планетарные сервoredукторы часто называют просто редукторами, так как большинство увеличивают выходной момент, снижая выходную скорость. Двигатель на 1000 об/мин с редуктором 5:1 дает 200 об/мин. Снижение скорости повышает системную эффективность, так как многие двигатели неэффективны на низких оборотах. Пример: шлифовальный механизм, который должен работать на 15 об/мин, при прямом приводе дает неравномерное вращение из-за меняющегося сопротивления. Установка 100:1 редуктора позволяет двигателю работать на 1500 об/мин. Комбинация двигатель-редуктор-головка дает более стабильную выходную силу и гладкое вращение несмотря на трение и вариации нагрузки.

Согласование инерции

За последние 20 лет производители сервоприводов внедрили легкие материалы, плотные медные обмотки и высокоэнергетические магниты, выдающие больший момент при тех же габаритах. Хотя это выгодно, это увеличило риск несоответствия инерции между сервоприводами и управляемыми нагрузками.