Планетарная коробка передач против гармонического привода
против циклоидального — какой вариант следует указывать в каждом конкретном случае

Эвольвентные зубчатые передачи с роликовым контактом

Солнечная шестерня приводит в движение несколько планетарных шестерен, одновременно зацепляющихся с неподвижной кольцевой шестерней. Нагрузка распределяется по N контактам планетарных шестерен (N=3–5), создавая высокую плотность крутящего момента в компактном цилиндрическом корпусе. Зубья шестерен катятся и скользят в контакте — контактное напряжение имеет герцовский характер и пропорционально приложенной нагрузке.

Упругая деформация гибких сплайнов

Кулачок генератора эллиптических волн упруго деформирует тонкостенную гибкую шестерню (флексшлайн) для зацепления с жестким круговым шлицем в двух диаметрально противоположных точках. Разница в количестве зубьев между флексшлайном и круговым шлицем обеспечивает снижение скорости. Зазор практически равен нулю благодаря этому механизму — для зацепления, обусловленного деформацией, зазор не требуется.

Эксцентриковый кулачок + зацепление шестерни

Эксцентриковый коленчатый вал приводит в движение циклоидальный диск, который вращается внутри неподвижного кольца цилиндрических штифтов. Эксцентричное движение диска за вычетом одного шага штифта за оборот обеспечивает снижение скорости. Большая площадь контакта (одновременное зацепление половины штифтов) обеспечивает очень высокую плотность крутящего момента и отличную ударопрочность. Выходной сигнал передается через выходные штифты в диске.

Превосходная стоимость гармонического привода оправдана в тех областях применения, где люфт ≤0,5 угловых минут является реальным функциональным требованием, а не просто консервативно выбранной характеристикой. Три категории корейских приложений оправдывают выбор гармонического привода, несмотря на 3–8-кратную надбавку к стоимости по сравнению с аналогичными планетарными приводами.

Отличительной характеристикой циклоидального редуктора является его исключительная устойчивость к ударным нагрузкам — типичные значения пикового крутящего момента составляют 4–6-кратное значение номинального непрерывного крутящего момента, по сравнению с 2–3-кратным для планетарных и 1,5–2-кратным для гармонических передач. Эта устойчивость обусловлена ​​большой площадью контакта циклоидального механизма: примерно половина выходных штифтов зацепляется одновременно, распределяя любую ударную нагрузку между несколькими контактами, а не концентрируя ее на двух активных точках зацепления в планетарной передаче.

В корейской промышленности циклоидальные редукторы доминируют в трех категориях применения, где первостепенными требованиями являются ударопрочность и жесткость:

Указано ли как Энергосберегающий EP-BPG Для замены конвейеров или обеспечения точности EP-AB для сервоосей планетарный редуктор не превосходит своих специализированных конкурентов ни по одному отдельному параметру. Он выигрывает за счет сочетания достаточной производительности по всем параметрам одновременно, а также цены, доступности и не требующей обслуживания герметичной конструкции, чего не может предложить ни одна конкурирующая технология. На практике примерно 80% корейских сервоприводов не требуют ни люфта менее 0,5 угловых минут, характерного для гармонических приводов, ни пятикратной устойчивости к ударам, присущей циклоидальным редукторам — и для этих 80% планетарный редуктор является объективно правильным выбором.

Преимущество в эффективности, выраженное количественно: Корейская упаковочная линия, работающая с 200 машинами VFFS 21 час в сутки, каждая из которых оснащена сервоприводом для поперечной запайки с номинальной потребляемой мощностью 750 Вт. При КПД гармонического привода 80% система потребляет 937 Вт на один сервопривод. При КПД планетарного привода 97% тот же сервопривод потребляет 773 Вт. На одну машину: разница 164 Вт × 21 час × 330 дней = 1137 кВт·ч/год. По корейским промышленным тарифам на электроэнергию (₩150/кВт·ч): Экономия в размере 170 550 вон с каждой машины в год.Более 200 станков: экономия 34,1 миллиона вон ежегодно. За 10 лет службы станка: 341 миллион вон — за счет выбора планетарного механизма вместо гармонического на осях, где люфт ≤0,5 угловых минут фактически не требуется.

Преимущество отсутствия необходимости в техническом обслуживании: В корейских предприятиях по упаковке и логистике продуктов питания, работающих в три смены, время, отведенное на техническое обслуживание, измеряется минутами на одну машину в месяц. Гармонический привод, требующий периодической проверки смазки, и циклоидальный редуктор, требующий проверки уровня масла и ежегодной замены масла, требуют значительных трудозатрат на техническое обслуживание, чего не требуется для герметичного планетарного редуктора. Герметичная конструкция корейской серии Ever-Power EP, не требующая технического обслуживания, – это не просто удобство, а существенное преимущество с точки зрения эксплуатационных расходов для предприятий, эксплуатирующих более 300 машин.

В каталогах гармонических приводов обычно указывается пиковая эффективность при номинальной нагрузке и номинальной скорости — условиях, когда потери на гистерезис гибких шлицов пропорционально малы по отношению к передаваемой мощности. Однако в корейских сервоприводах часто используется частичная нагрузка (30–701 Тл номинального крутящего момента) и переменные скорости — условия, при которых эффективность гармонического привода значительно падает ниже заявленной пиковой величины.

Характеристики КПД трех технологий наиболее резко различаются при частичной нагрузке. КПД планетарного редуктора остается относительно стабильным во всем диапазоне нагрузок — при номинальном крутящем моменте 30% КПД составляет 94–96%. КПД гармонического привода при номинальном крутящем моменте 30% падает до 65–75% (потери на гистерезис гибкого шлица практически постоянны в абсолютных ваттах независимо от нагрузки). КПД циклоидального привода при частичной нагрузке умеренный — 80–88%.

Этот разрыв в эффективности при частичной нагрузке особенно значителен для сервоприводов корейских упаковочных и сборочных машин, которые проводят значительную часть времени при частичной нагрузке во время ускорения, фаз задержки и при перемещении продукции с небольшой нагрузкой. Корейский коллаборативный манипулятор в режиме захвата и перемещения может работать с полным номинальным крутящим моментом только в течение 10–201 ТН3Т своего цикла, проводя оставшиеся 80–901 ТН3Т при частичной нагрузке. При таком рабочем цикле реальная средняя эффективность гармонического привода ближе к 70–751 ТН3Т, а не к заявленным в каталоге 80–851 ТН3Т.

В
Наш корейский интегратор роботов рекомендует использовать гармонические приводы на всех шести шарнирах. Необходимо ли это?

Для шарниров J4–J6 (запястье), где по спецификации требуется люфт ≤0,5 угловых минут, а целевая точность точки центра инструмента составляет ±0,05 мм на расстоянии вытянутой руки, использование гармонических приводов технически оправдано. Для шарниров J1–J3 (основание, плечо, локоть) точность точки центра инструмента определяется в основном структурной податливостью и жесткостью шарнира на этих больших радиусах, а не люфтом редуктора — планетарные редукторы P0 или P1 (≤1–3 угловых минуты) обеспечивают ту же точность точки центра инструмента робота на шарнирах J1–J3 при значительно меньших затратах и ​​большей эффективности. Правильно настроенный корейский 6-осевой коллаборативный робот использует гармонические приводы на шарнирах J4–J6 и планетарные редукторы на шарнирах J1–J3. Если ваш интегратор заказывает гармонические приводы для всех шести шарниров, попросите его показать расчет, связывающий люфт редуктора на шарнирах J1–J3 с точностью точки центра инструмента — в большинстве случаев расчет покажет, что планетарный редуктор P0 на шарнирах J1–J3 обеспечивает тот же результат.

В
Может ли планетарный редуктор Korea Ever-Power EP-AFH заменить гармонический привод в корейском шарнире кобота?

Он Сверхточная серия EP-AFH В стандартной комплектации обеспечивается люфт ≤1 угловой минуты — приближаясь к показателю ≤0,5 угловых минут у гармонического привода, но не достигая его. Для шарниров J1–J3 на коллаборативном роботе с радиусом действия 400–600 мм EP-AFH является правильной заменой — точность TCP на этих радиусах не ухудшается из-за разницы в 0,5 угловых минут. Для шарниров запястья J4–J6, где точность менее 0,5 угловых минут является реальным функциональным требованием, EP-AFH с точностью ≤1 угловой минуты немного выходит за рамки спецификации. Компания Korea Ever-Power рекомендует подтвердить конкретные требования к точности в шарнире — если требование составляет ≤1 угловую минуту в шарнире (а не в TCP), EP-AFH является прямой экономически эффективной заменой. Если указана точность ≤0,5 угловых минут в шарнире, гармонический привод остается правильным выбором.

В
Почему корейские производители станков с ЧПУ используют планетарные редукторы, а не гармонические приводы для поворотных столов?

Для поворотных столов корейских 5-осевых обрабатывающих центров требуется точность позиционирования ≤1 угловой минуты и удерживающий момент 2000–5000 Н·м против сил обработки. Гармонические приводы с такими уровнями крутящего момента становятся очень дорогими (в 3–8 раз дороже эквивалентных планетарных приводов), а их пиковый крутящий момент, в 1,5–2 раза превышающий номинальный, недостаточен для ударных нагрузок при прерывистом резании титана и высокотвердых сталей — пиковые силы резания могут превышать 2,5 раза номинальный удерживающий момент при изменении траектории движения инструмента. Планетарный редуктор (P0 ≤1 угловая минута, пиковый крутящий момент в 2–3 раза выше номинального) отвечает требованиям к точности и выдерживает ударные нагрузки при такой стоимости, что является универсальным выбором для приводов поворотных столов корейских станков с ЧПУ.

В
Как можно расширить область сравнения для корейских производителей машин, рассматривающих червячные редукторы в качестве более экономичной альтернативы?

червячные редукторы Они занимают другую ценовую категорию — обычно в 0,3–0,6 раза дороже эквивалентного планетарного редуктора, — но это преимущество в стоимости достигается за счет существенных компромиссов в возможностях: КПД 40–70% (против планетарного ≥97%), люфт 10–30 угловых минут (против планетарного ≤1–5 угловых минут) и крутящий момент, который значительно снижается при температуре окружающей среды выше 40°C по мере уменьшения вязкости смазки червяка. Червячные редукторы подходят для приводов медленных конвейеров и мешалок, где эффективность и люфт второстепенны по сравнению со стоимостью и возможностью самоблокировки. Для любого применения, требующего сервопривода с обратной связью, люфт червяка в 10–30 угловых минут фактически исключает его использование на прецизионных осях — планетарный редуктор является минимальным стандартом точности для сервопозиционирования.