Základná geometria: Prečo pravouhlý vstup mení priestorovú rovnicu
V radovej (koaxiálnej) presnej planétovej prevodovke sa servomotor montuje priamo za prevodovkou pozdĺž rovnakej osi ako výstupný hriadeľ. Celková axiálna montážna hĺbka je teda súčtom dĺžky telesa prevodovky (L1) a dĺžky motora (L_motor) – obe sa nachádzajú na rovnakej osi za výstupnou plochou. Vo väčšine konštrukcií priemyselných strojov je táto kombinovaná hĺbka obmedzením, ktoré určuje, ako blízko môže byť výstupný hriadeľ k nosnej stene, ložiskovému bloku alebo inému mechanizmu.
Presná planétová prevodovka s pravouhlým vstupom (rad EP-ZDWE alebo EP-ZDWF) obsahuje na vstupe kužeľový prevodový stupeň, ktorý otáča hriadeľ motora o 90° vzhľadom na výstupný hriadeľ. Motor teraz vystupuje kolmo na os výstupného hriadeľa. Celková axiálna montážna hĺbka za výstupnou plochou je iba dĺžka telesa prevodovky L1 — motor je umiestnený v kolmom smere a vôbec nezväčšuje axiálnu hĺbku za výstupnou plochou.
Dôležitý kompromis, ktorý treba mať na pamäti: Prístup s pravouhlým zadaním šetrí axiálnu hĺbku, ale zavádza obmedzenie kolmej výšky (L12 – celková výška zostavy vrátane motora namontovaného pod uhlom 90°). Na 80-rámovom ZDWE je L12 = 119,5 mm. Stroj musí pojať 119,5 mm v kolmom smere na montáž motora. Na kompaktnom stroji to môže byť prijateľné; na veľmi plochom stroji to môže zaviesť nové obmedzenie. Pred zadaním pravouhlej konfigurácie je potrebné overiť axiálne aj kolmé rozmery.
Výpočet axiálnej hĺbky – všetky štyri veľkosti rámov, obe možnosti stolíkov
Nasledujúce tabuľky používajú overené rozmerové údaje série EP (hodnoty L1 z oficiálnych špecifikácií produktov EP-ZDE a EP-ZDWE) v kombinácii s referenčnou dĺžkou servomotora s výkonom 750 W s dĺžkou 100 mm – čo je reprezentatívna hodnota pre túto výkonovú triedu od spoločností Mitsubishi, Panasonic a Yaskawa. Pre presný výsledok prispôsobte dĺžku motora vášmu skutočnému motoru.
Jednostupňový (prevodový pomer 3:1 až 10:1)
| Rám | ZDE L1 | + Motor (750 W) | ZDE Total Axial | ZDWE L1 | Axiálne uložené | Ukladá sa % | Výška ZDWE L12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 60 mm | 113,5 mm | 100 mm | 213,5 mm | 150,0 mm | 63,5 mm ↓ | 29.7% | 93,0 mm |
| 80 mm | 144,0 mm | 100 mm | 244,0 mm | 184,5 mm | 59,5 mm ↓ | 24.4% | 119,5 mm |
| 120 mm | 195,2 mm | 100 mm | 295,2 mm | 249,2 mm | 46,0 mm ↓ | 15.6% | 167,5 mm |
| 160 mm | 291,0 mm | 100 mm | 391,0 mm | 368,0 mm | 23,0 mm ↓ | 5.9% | 229,0 mm |
Hodnoty L1 z oficiálnych rozmerových špecifikácií EP-ZDE a EP-ZDWE. Dĺžka motora 100 mm = referenčné servo 750 W (Mitsubishi HG-SR alebo ekvivalent). L12 = celková montážna výška jednotky ZDWE (kolmo na os výstupného hriadeľa). Skutočné úspory sa úmerne škálujú s dĺžkou vášho motora – dlhšie motory prinášajú väčšie absolútne úspory.
Dvojstupňový (prevodový pomer 9:1 až 64:1)
| Rám | ZDE 2-stupňový + motor | ZDWE 2-stupňový L1 | Axiálne uložené | Ukladá sa % | Najlepšie pre |
|---|---|---|---|---|---|
| 60 mm | 226,5 mm | 163,0 mm | 63,5 mm ↓ | 28.0% | Zápästie kobota, malý AGV, kompaktné ramená |
| 80 mm | 262,0 mm | 202,5 mm | 59,5 mm ↓ | 22.7% | Vreteno hlavy stroja, priemyselný robot J4 |
| 120 mm | 323,0 mm | 277,0 mm | 46,0 mm ↓ | 14.2% | Ťažšie indexovacie hlavy, prenosové ramená |
Päť scenárov návrhu strojov, kde je pravouhlý vstup správnou inžinierskou voľbou
Pravouhlý vstup nie je vždy lepší – zavádza kužeľový prevodový stupeň, ktorý pridáva stratu účinnosti približne 2% a zväčšuje vôľu na <25 – 30 oblúkových minút. Úspora axiálnej hĺbky odôvodňuje tieto kompromisy iba vtedy, keď ušetrená hĺbka skutočne umožňuje návrh, ktorý by inak bol nerealizovateľný alebo si vyžaduje štrukturálne kompromisy. Päť nižšie uvedených scenárov predstavuje najbežnejšie situácie v kórejskom servo automatizačnom inžinierstve, kde pravouhlý vstup prináša rozhodujúcu hodnotu.
Vretenové hlavy CNC nástrojov, laserové rezacie hlavy a zostavy vodných trysiek majú často pevný hĺbkový limit daný blízkosťou stĺpa stroja alebo konštrukčnej steny. V týchto konfiguráciách môže byť dostupná hĺbka medzi čelom výstupného hriadeľa a konštrukciou stroja 180 – 210 mm – čo je nedostatočné pre motor ZDE-80 plus (244 mm), ale presne to správne pre ZDWE-80 (184,5 mm). Pravouhlý vstup umožňuje motoru smerovať pozdĺž zadnej strany stĺpa stroja, a nie vyčnievať za prevodovku.
Nízkoprofilové AGV s cieľom výšky podvozku 100 – 160 mm vyžadujú, aby sa prevodovka pohonu aj hnacie koleso zmestili do tohto priestoru. Radová zostava motora a prevodovky vyčnieva smerom nahor do karosérie podvozku. S pravouhlou vstupnou jednotkou EP-ZDWF (štvorcová príruba, pre priamu montáž na dosku) je motor umiestnený horizontálne vo vnútri karosérie podvozku a iba prevodovka L1 vyčnieva smerom nadol smerom k hnaciemu kolesu. Toto usporiadanie je štandardné v plochých konštrukciách AMR od kórejských výrobcov v Hwaseongu a Ansane.
Kórejskí výrobcovia OEM kobotov sa zameriavajú na vonkajšie priemery zápästia 60 – 100 mm. Pri J4 a J5 je priemer zápästia priamo určený tým, čo sa zmestí do prierezu ramena. EP-ZDWE-60 s motorom vychádzajúcim kolmo má L12 = 93 mm – zmestí sa do 100 mm zápästia. Radový EP-ZDE-60 plus stoh motora s dĺžkou 213,5 mm predlžuje zápästie 2×, čím sa pridáva distálna hmotnosť a znižuje dosah. Úplnú analýzu J1–J6 nájdete v príručke výberu kĺbu robota. Uzavretá slučka spätnej väzby polohy servo regulátora plne kompenzuje širšiu vôľu ZDWE (<30 uhlových minút) v týchto kĺboch.
Niektoré konštrukcie strojov vyžadujú, aby bol napájací kábel motora a kábel enkodéra vedený mimo výstupnej plochy prevodovky – buď aby sa zabránilo znečisteniu kábla počas otáčania, alebo aby bol vedený cez káblovú reťaz, ktorá má priestor iba na boku zostavy. Pravouhlý vstup umiestňuje motor na bok, čo umožňuje vedenie káblov bočne cez káblové reťaze určené pre kolmý výstup káblov. Toto je bežné v portálových systémoch s dlhými horizontálnymi dráhami, kde je správa káblov dôležitým konštrukčným kritériom.
Podávače lisu a servopoháňané prenosové ramená dielov často pracujú vo vnútri lisovacej medzery s definovanou vôľou za výstupným hriadeľom. Prenosové rameno bežiace medzi zdvihmi lisu môže mať za hnacím hriadeľom vôľu 190 mm – čo stačí pre EP-ZDWE-80 (184,5 mm), ale nie pre motor EP-ZDE-80 plus (244 mm). Rozdiel 59,5 mm je rozdielom medzi konštrukciou, ktorá presahuje rám lisu, a konštrukciou, ktorá prekáža. Pravouhlý vstup v týchto aplikáciách nie je výhodou – je to to, čo stroj fyzicky umožňuje.
Kvantifikácia kompromisov – účinnosť, spätná väzba a teplota
Každá planétová prevodovka s pravouhlým vstupom má v porovnaní s jej radovým ekvivalentom pri rovnakej veľkosti rámu tri inherentné charakteristiky. Nejde o nedostatky v kvalite – ide o fyzikálne dôsledky pridania stupňa kužeľového prevodu na otočenie vstupu o 90°. Pochopenie ich skutočnej veľkosti zabraňuje nadhodnoteniu (zbytočnému zadávaniu radového prevodu) aj podhodnoteniu (použitiu pravouhlého vstupu bez zohľadnenia rozdielov).
Vstupný stupeň s kužeľovým ozubeným kolesom má vlastnú účinnosť záberu približne 97 – 981 TP3T. V kombinácii s účinnosťou planétového stupňa 961 TP3T (1-stupňový) je celková účinnosť 1-stupňového ZDWE približne 941 TP3T. Účinnosť dvojstupňového ZDWE je približne 921 TP3T v porovnaní s 941 TP3T pre 2-stupňový ZDE.
Záver: V prípade strojov s prerušovanou prevádzkou (cykly robotických kĺbov, podávače lisov) sú skutočné náklady na efektívnosť len zlomkom tohto počtu. V prípade strojov s nepretržitou prevádzkou 24 hodín denne, 7 dní v týždni overte rozpočet teploty krytu – dodatočný vznik tepla môže vyžadovať nútené chladenie.
Vstupný stupeň kužeľového ozubeného kolesa pridáva k vôli planétového stupňa (<8 uhlových minút pre ZDE) vlastnú uhlovú vôľu (približne 15 – 20 uhlových minút). Celková vôľa ZDWE je preto < 25 uhlových minút (rám 80 – 160, 1 stupeň) a < 30 uhlových minút (rám 60, 1 stupeň). Nejde o mieru nižšej kvality – ide o inherentnú geometrickú vlastnosť kužeľových ozubených kolies, ktorá platí pre všetkých výrobcov.
| Konfigurácia | Negatívna reakcia | Lineárna chyba pri R=200 mm |
|---|---|---|
| ZDE-80 (1-stupňový) | <8 oblúkových minút | 0,47 mm |
| ZDWE-80 (1-stupňový) | <25 oblúkových minút | 1,45 mm |
| ZDWE-60 (1-stupňový) | <30 oblúkových minút | 1,75 mm |
Pre servo osi s uzavretou slučkou: Spätnoväzobná slučka polohy servomotora úplne kompenzuje mŕtve pásmo počas normálnej prevádzky s riadením polohy. Vôľa ZDWE je dôležitá iba pre pohony krokových motorov s otvorenou slučkou – ktoré by sa aj tak nemali používať v aplikáciách presných planétových prevodoviek.
Na rozdiel od radových konfigurácií, kde sa motor jednoducho priskrutkuje k zadnej časti prevodovky v jednej definovanej orientácii, je možné objednať pravouhlé vstupné prevodovky s výstupom motora v štyroch smeroch: doľava (L), doprava (R), hore (U) alebo dole (D) – pri pohľade z výstupného hriadeľa. Tento smer je pevne stanovený konštrukciou skrine kužeľového prevodu a po výrobe ho nemožno zmeniť v teréne.
- V objednávke uveďte smer výstupu motora – predvolená hodnota je zvyčajne ľavá, pokiaľ nie je uvedená inak.
- Pred definitívnym určením smeru naplánujte trasu vedenia kábla od výstupného bodu motora cez káblový reťaz alebo káblovod.
- Zvážte výstupný bod motora vzhľadom na pohyb osi – uistite sa, že dĺžka kábla umožňuje plný rozsah pohybu s primeranou vôľou
- Pri inštalácii s vertikálnou osou s motorom vychádzajúcim nadol: overte, či odtok vody z konektora motora nekoliduje s krytom prevodovky.
EP-ZDWE vs. EP-ZDWF – Okrúhla príruba vs. štvorcová príruba pri pravouhlom vstupe
Keď zistíte, že pravouhlý vstup je pre vašu aplikáciu správnou konfiguráciou, ďalším rozhodnutím je typ výstupnej príruby: okrúhla príruba (EP-ZDWE) alebo štvorcová príruba (EP-ZDWF). Tieto dve série majú identické vnútorné komponenty, prevodové pomery, krútiace momenty a vstupné stupne kužeľových prevodov – jediný rozdiel je v montážnom rozhraní výstupu.
Inštalácia pravouhlého vstupu – tri body, ktoré sa nevzťahujú na radové jednotky
Skriňa kužeľového prevodu natrvalo nastavuje smer výstupu motora. V objednávkovom formulári uveďte smery L/R/U/D. Ak je objednaný a doručený nesprávny smer, úprava na mieste nie je možná – jednotka sa musí vrátiť a repasovať. V prípade požiadaviek na neštandardný smer počítajte s dodatočnou dodacou lehotou 2 – 4 týždne.
Počas prvých 50 – 100 prevádzkových hodín prechádza záber kužeľového ozubeného kolesa povrchovou úpravou (zábehom). Mierny kovový škrabavý alebo klikavý zvuk počas tohto obdobia je normálny a do 100 hodín sa zníži na úroveň pozadia. Ak hluk pretrváva alebo sa zhoršuje aj po 100 hodinách, skontrolujte súososť hriadeľa motora na vstupnom rozhraní kužeľového ozubeného kolesa.
Úspora axiálnej hĺbky je len polovica kontroly geometrie. Musíte tiež overiť, či rozmer L12 (celková výška zostavy vrátane motora namontovaného pod uhlom 90°) zodpovedá kolmej vôli vo vašom stroji. Hodnoty L12: ZDWE-60 = 93 mm, ZDWE-80 = 119,5 mm, ZDWE-120 = 167,5 mm, ZDWE-160 = 229 mm. Stroj, ktorý sa vyhýba axiálnemu problému, by nemal spôsobovať problém s výškou.
Kompletné zhrnutie rozhodnutia – kedy zvoliť ktorú konfiguráciu
| Kritérium rozhodnutia | EP-ZDE Vložený kruh |
EP-ZDF Vložený štvorec |
EP-ZDWE RA kolo |
EP-ZDWF Námestie RA |
|---|---|---|---|---|
| Dostupná axiálna hĺbka | ✅ L1+Motor | ✅ L1+Motor | ⚡ Iba L1 | ⚡ Iba L1 |
| Vôľa (1-stupňová) | <8 oblúkových minút | <8 oblúkových minút | <25–30 | <25–30 |
| Účinnosť (1-stupňová) | 96% | 96% | 94% | 94% |
| Výstupná montážna plocha | Okrúhly otvor | Štvorhranná 4-skrutka ★ | Okrúhly otvor | Štvorhranná 4-skrutka ★ |
| Potrebné obrábanie otvoru | Áno | Nie ★ | Áno | Nie ★ |
| Najlepšia zhoda s aplikáciou | Presné osi, roboty, CNC | Doskové, prefabrikované rámy | Kompaktné hlavy, zápästie kobota | Podvozok AGV, zvárané rámy |
Uveďte model servomotora, cieľovú veľkosť rámu a dostupnú hĺbku inštalácie. Tím aplikačných inžinierov spoločnosti Korea Ever-Power vypočíta presnú úsporu axiálnej hĺbky pre vašu konfiguráciu a potvrdí, či je ZDWE alebo ZDWF správnou voľbou – vrátane kontroly kolmej výšky L12 a odporúčania smeru výstupu motora. Pre výrobcov OEM je dostupná podpora v kórejčine a angličtine.
Zobraziť špecifikácie →
Zobraziť špecifikácie →
Zobraziť špecifikácie →
Redaktor: Cxm
