Reductor armonic: Ghid de scufundare profundă pentru sisteme de mișcare de înaltă precizie

Principiile de lucru și trăsăturile de performonță ole reducerii ormonice (undă de tulpini)

Modul în care mecanismul de undă de tulpină generează raporturi ridicate într -un pachet compact

O Reductsau armonic —Often numit o cutie de viteze de undă de tulpini - utilizează o ceașcă flexibilă (flexspline), un inel rigid cu dinți interni și un generator de undă eliptic pentru a obține raporturi de reducere care sunt neobișnuit de mari pentru dimensiunea și masa unității. Când generatorul de undă deformează ceașca, doar doi lobi ai flexsplinei implică inelul în orice moment și, deoarece flexspline are dinți puțin mai puțini decât inelul, fiecare rotație a generatorului de undă avansează implicarea printr -o diferență de numărare a dinților, producând o reducere mare. Această geometrie concentrează contactul în zonele în mișcare, care răspândește uzura pe mulți dinți și contribuie la o plasare netedă. Rezultatul este o etapă de actuator care oferă o precizie de poziționare excepțională, cu o reacție scăzută, o rigiditate torsională excelentă și o mișcare repetabilă chiar și în cadrul încărcărilor de inversare.

De ce reacția este în mod inerent scăzută și modul în care aceasta beneficiază de mișcare de precizie

În trenurile de viteză convenționale, reacția apare din eliberarea dintre dinții rigizi. Într -un reductor de undă de tulpini, deformarea elastică și învelișul circumferențial din dinți produc un contact aproape preîncărcat care minimizează dramatic jocul liber. Pentru aplicațiile care necesită o repetabilitate de minut-minut sau sub-arc-cum ar fi gimbalele camerei, manipularea semiconductorilor sau robotica chirurgicală-această caracteristică devine un avantaj decisiv. O Reductor armonic de precizie reacții scăzute Configurația ajută la menținerea poziției împotriva tulburărilor de cuplu și a micro-vibrațiilor care altfel s-ar acumula ca eroare de contur, permițând buclei de control să utilizeze câștiguri mai mari fără oscilații interesante.

Considerații privind eficiența, rigiditatea și ciclul de viață

Eficiența depinde de raport, ungere și încărcare; Valorile tipice sunt competitive cu etapele planetare compacte la raporturi moderate, deși raporturile foarte mari pot arăta pierderi de flexie puțin mai interne. Rigiditatea axială și radială este modelată de rulmenți și geometrie a carcasei, în timp ce rigiditatea torsională reflectă grosimea peretelui flexspline și arcul de implicare a dinților. Ciclul de viață este puternic legat de o lubrifiere adecvată și gestionarea temperaturii; Componentele Flex stresate elastic pot rula timp de multe mii de ore dacă sunt operate în cadrul cuplului specificat de cuplu și viteză. Proiectanții ar trebui să ia în considerare ciclurile de serviciu cu mișcare de pornire frecventă și de inversare, deoarece câmpul de tulpină din flexspline se rotește cu generatorul de undă și trebuie păstrat sub limitele de oboseală.

Unde strălucesc reducătorii armonici - și unde s -ar putea potrivi alte opțiuni

Reducătorii armonici excelează atunci când aveți nevoie de dimensiuni compacte, raporturi ridicate într -o etapă, masă scăzută, reacții foarte mici și o precizie constantă pe durata de viață a serviciului. Sunt o potrivire naturală pentru articulațiile articulate, capetele pan-înclinate, indexarea de precizie și încheieturile robotului colaborativ. Dacă aplicația implică o rotație continuă de mare viteză cu sarcini de șoc grele sau cere viteze de intrare extrem de mari, proiectanții pot asocia reductorul cu o etapă de centură în amonte sau pot lua în considerare arhitecturi alternative. Cu toate acestea, în majoritatea sarcinilor de viteză medie, de înaltă precizie, abordarea undelor de tulpini produce eficiență volumetrică și precizie volumetrică cea mai bună pe kilogram.

De la încărcare la raport: un ghid practic pentru Calculul cuplului reducător armonic

Traducerea cerințelor din lumea reală în numere mecanice

Un proces de dimensionare robust începe prin maparea tuturor cuplurilor externe: cuplul de gravitație statică din sarcina utilă și legătura, cuplul de accelerație dinamică din profilurile de mișcare dorite, cuplurile de frecare și sigiliu și cuplurile de perturbare precum tracțiunea de cablu. Adăugați factori de siguranță pentru incertitudine și includeți ciclul de serviciu. Obiectivul principal este de a asigura reductorul poate transmite vârfuri de vârf și RMS fără încălzire excesivă sau oboseală. Raportul este apoi selectat pentru a menține servo -motorul funcționând într -o regiune favorabilă de viteză în timp ce îndeplinește țintele de rezoluție. Deoarece reducătorii armonici oferă raporturi foarte mari cu o singură etapă, puteți alege adesea un motor mai mic, fără a compromite precizia, cu condiția să fie respectată viteza de intrare admisă a reductorului.

Flux de lucru pas cu pas cu ecuații de exemplu

• COMPUTE Cuplul gravitației: T _g = m · g · l · cos (θ) despre axa articulației în unghiul cel mai rău.
• Cuplu de accelerare de calcul: T _a = J. · α , cu J După cum se reflectă inerția și α ca accelerație unghiulară.
• Sumați cupluri externe și adăugați marjă: T _Req = (T _g T _a T _f ) · Sf .
• Selectați raportul astfel încât viteza motorului și cuplul să cadă la locul său dulce și să verificați limita de viteză de intrare a reducerii.
• Verificați rigiditatea torsională împotriva țintelor de timp de poziționare și decontare.

Instantaneitate ilustrativă de dimensionare

Luați în considerare o articulație a încheieturii cu un instrument de 2,5 kg pe o rază de 0,25 m, care vizează 300 °/s cu inversări rapide. Cuplul gravitațional în cea mai proastă poziție este de aproximativ 2,5 · 9,81 · 0,25 ≈ 6,13 n · m. Să presupunem că accelerația adaugă 3,5 n · m și frecare încă 0,4 n · m. Cu un factor de siguranță de 1,6, cuplul de ieșire necesar devine (6,13 3,5 0,4) · 1,6 ≈ 16,7 n · m. Alegeți un raport care permite motorului să livreze acest lucru după reducere, păstrând viteza de intrare sub limite și asigurați -vă că inerția reflectată este gestionabilă pentru control. În cele din urmă, verificați cuplul continuu la taxa RMS a articulației, astfel încât limitele termice sunt respectate asupra profilului misiunii.

Exemplu tabel de parametri

Fluxul de lucru de mai sus întruchipează spiritul Reductor armonic Calculul cuplului : Cuantificați, marja, verificați comportamentul termic și iterați raportul până când actuatorul atinge viteza, rigiditatea și obiectivele de precizie fără componente supradimensionate.

Proiectarea a Reductor armonic pentru brațul robotizat în celulele industriale

Cartografierea cerințelor comune în lanțul cinematic

Un braț cu mai multe axe prezintă de obicei cerințele de cuplu scăzute de la bază la încheietura mâinii; Cu toate acestea, cererile de precizie cresc adesea față de efectorul final. Când selectați a Reductor armonic pentru brațul robotizat articulații, baza poate favoriza un cuplu și rigiditate mai mare pentru stabilitatea pozițională sub legături lungi, în timp ce încheietura mâinii necesită o reacție minimă și o masă scăzută pentru agilitate. Dimensiunea axială compactă a reducătorului ajută la menținerea centrului de masă al brațului aproape de fiecare axă, reducând contra-tortul necesar și îmbunătățind eficiența energetică pe ciclurile de serviciu cu pornirile și opririle frecvente.

Considerații de control: potrivirea inerției și conformitatea

Deoarece raportul reductor înmulțește cuplul motor și împarte viteza, acesta crește, de asemenea, inerția de sarcină reflectată cu pătratul raportului, așa cum se vede de motor. Este esențial să considerați un echilibru între raportul ridicat pentru rezoluție și raportul modest pentru controlabilitate. INERTIA TREBUIE SCURTĂ excesivă poate forța câștigurile de control conservatoare și poate prelungi timpul de decontare. Respectarea torsională a reductorului ar trebui să fie luată în considerare în modelul servo; Prea puțină rigiditate poate cupla cu inerția de încărcare și poate crea moduri ușor amortizate, în timp ce o configurație mai rigidă acceptă o lățime de bandă mai mare și o urmărire mai comună a căilor, fără a depăși.

Factori de mediu și de fiabilitate

Celulele industriale expun articulațiile la schimbările de temperatură, praful și impactul ocazional. Selectați etanșarea și lubrifierea compatibilă cu mediul și planurile de întreținere. Dacă brațul experimentează schimbările frecvente ale sculelor, luați în considerare marja de siguranță suplimentară pentru cuplurile tranzitorii în timpul andocului. Pentru axele verticale care trebuie să mențină sarcina în timpul pierderii de energie, integrați o frână sau alegeți un reductor cu fundal intern scăzut pentru a limita distanța de cădere în timp ce frâna se angajează.

Comparația accentului comun al brațelor

Selectarea a Reducător armonic compact pentru Cobot Articulații

Siguranța la scară umană și nevoia de transmisii ușoare

Roboții de colaborare împărtășesc spații de lucru cu oamenii și, astfel, prioritizează dinamica lină, în mod inerent, sigură. O Reducător armonic compact pentru Cobot Oferă o reducere ridicată a unui plic mic, ajutând brațele ușoare care limitează inerția și energia de impact. Angajarea netedă, aproape zero, susține o estimare a cuplului de înaltă rezoluție pentru detectarea coliziunii, în timp ce compactitatea permite ca actuatoarele să fie ascunse în profiluri de legătură subțire care sunt mai ușor de protejat și rotund pentru siguranță.

Fundalul și controlul forței

Coboții beneficiază de articulații care pot fi în fundal cu un cuplu rezonabil, astfel încât sistemul să poată detecta și răspunde la un contact neașteptat. Reducătorii armonici variază în fundal aparent în funcție de frecarea raportului și a sigiliilor; Selectarea raporturilor moderate și lubrifierea optimizată ajută. Deoarece cobotii rulează adesea la viteze mai mici, cu interacțiune umană frecventă, sala de cap termică și cuplul continuu - nu doar vârful - ar trebui verificat. Motoarele de înjumătățire joase, împerecheate cu reducători care minimizează sticția îmbunătățesc controlul forței mici, permițând ansamblarea compatibilă și a modurilor de ghidare a mâinilor.

Sarcină utilă, spațiu de lucru și cicluri de serviciu

În timp ce sarcinile utile de colaborare pot fi modeste, pozițiile orizontale extinse pot genera în continuare un cuplu de gravitație semnificativ. Reductorul trebuie să fie dimensionat pentru postura cea mai gravă, în timp ce contabilizează funcții de siguranță, cum ar fi limitarea puterii și forței care pot deșa viteza maximă admisă. Proiectanții ar trebui să modeleze sarcini comune - culesuri de bin, tendință de mașină, șurubelniță ușoară - pentru a determina adevăratul cuplu RMS și pentru a se asigura că evaluarea termică a reducătorului nu este depășită în timpul funcționării continue de colaborare.

Considerații axate pe Cobot față de arme industriale generale

Cadru de decizie: Reductor armonic față de cutie de viteze planetară

Compararea arhitecturilor din valorile care contează

Atât unda de tulpini, cât și transmisiile planetare pot oferi raporturi ridicate și densitate de cuplu, dar comportamentele lor diferă în moduri care afectează adecvarea aplicației. Unitățile armonice subliniază reacția ultra-scăzută, lungimea axială compactă și raporturile înalte cu o singură etapă, ceea ce le face excelente pentru îmbinările de precizie și încheieturile compacte. Etapele planetare oferă, de obicei, o capacitate mai mare de viteză de intrare, o rezistență puternică de șoc și o eficiență foarte bună la raporturi moderate, care pot fi atractive pentru axe de rotație continuă și fusuri densitate de putere. Când evaluați Reductor armonic față de cutie de viteze planetară Opțiuni, cântăriți stabilitatea reacției pe viață, rigiditatea torsională, zgomotul, intervalele de ungere și amprenta termică a ciclului dvs. de serviciu.

Tabel de comparație cot la cot

Alegerea cu intenție, nu obișnuință

Dacă KPI -ul dvs. este o precizie repetabilă cu o conformitate minimă, a Reductor armonic de precizie reacții scăzute Configurația oferă avantaje clare. Dacă KPI-ul dvs. este o rotație continuă de mare viteză și rezistență la șocuri repetitive, o etapă planetară poate fi mai simplă. Multe sisteme se amestecă ambele: armonic la încheietura mâinii pentru precizie și planetar la axe anterioare pentru debitul de putere. Începeți de la cerințele măsurabile, nu de alegeri moștenite.

Punerea tuturor: selecție, integrare și longevitate

O listă de verificare practică pentru selecția de primă trecere

• Definiți cuplul de ieșire: vârf și RMS, inclusiv factori de siguranță.
• Stabiliți obiective de precizie: reacții admisibile, rigiditate torsională, repetabilitate.
• Alegeți raportul prin Calculul cuplului reducător armonic și potrivirea motorului.
• Verificați limitele de viteză de intrare, încărcările de suprapunere admisibile și durata de viață.
• Confirmați creșterea termică la ciclul de serviciu; Planificați căile de căldură și montarea.
• Evaluează fundalul și conformitatea sarcinilor controlate de forță într-un compact Reductor armonic pentru cobot or a Reductor armonic pentru brațul robotizat .

Note de integrare care protejează precizia

Fețele de montare trebuie să fie plate și co-axiale; Chiar și micile alinieri pot preîncărca rulmenții și distorsionează flexspline, viața degradantă. Utilizați cuplurile de șuruburi recomandate și modelele de secvență. Evitați să transmiteți șocul extern prin carcasă prin decuplarea corpurilor, acolo unde este posibil. Pentru gestionarea cablurilor, secțiunile de flex de rute pentru a reduce la minimum cupluri de frecare adăugate care ar masca pragurile de delicate ale detectării coliziunilor.

Practici de întreținere care mențin reacția scăzută în timp

Utilizați intervalele de lubrifiant și reumplere specificate; Grăsimea excesivă sau incompatibilă poate crește temperatura și poate reduce eficiența. Temperatura de urmărire în timpul ciclurilor lungi; Dacă locuința se desfășoară mai caldă decât se aștepta, revizuiește presupunerile ciclului de serviciu, fluxul de aer ambiant sau selecția raportului. Măsurați periodic rigiditatea statică și eroarea de poziționare pe un dispozitiv de testare; Creșterea conformității poate avertiza de uzură înainte de a afecta calitatea producției.

Integrarea face și nu are rezumat