Planetová převodovka pro 3D tisk a polohování s CNC a lineární aplikací

Každá aplikace, která řeší polohování pomocí servomotoru a planetové převodovky, má svá specifika a požadavky na zatížení. Někdy je kladen důraz na rychlost a krouticí moment, jindy naopak na radiální případně axiální zátěž. K převodovce může být připojen pastorek, řemenice, či pružná spojka. Variant je mnoho a pro každou aplikaci je vhodný jiný tvar výstupní příruby. Jedná se o nejčastěji využívanou variantu výstupu planetových převodovek.

Výstupní hřídel a příruby

Výstupní hřídel planetové převodovky se vyrábí v hladkém provedení nebo s drážkou pro pero. K planetové převodovce je možné jednoduše připojit pastorek či pružnou spojku a zajistit je pomocí vnitřního závitu na konci výstupní hřídele. Výstupní hřídel planetové převodovky je většinou usazena ve vnitřním standardním kuličkovém ložisku. Převodovka je tedy dimenzována na deklarovanou radiální i axiální zátěž. Apex Dynamics může v této variantě nabídnout mnoho typů převodovek. Ve standardním provedení jsou to PEII, PGII, PAII, PSII.

V současnosti je trendem v lineárním polohování využití ozubených hřebenů a pastorků, které umožňují vysokou přesnost, dynamiku, variabilitu i životnost. Rotační energie je přenášena většinou z elektromotoru pomocí planetové převodovky, která redukuje rychlost a zvyšuje krouticí moment s vysokou mechanickou účinností. U těchto aplikací (například CNC stroje), jsou kladeny mnohem větší nároky na radiální zatížení, klopné momenty a torzní tuhost převodovky.

Speciální varianty a příruby pro zatížení

Planetová převodovka s výstupní hřídelí má mechanická omezení jak z pohledu upevnění tak radiálně axiálního zatížení, proto je vhodné použít převodovku se speciální přírubou pro pastorek. Příruba zajistí ideální uchycení pastorku a správné rozložení sil. Velké kuželíkové ložisko na výstupní přírubě, umožňuje zvýšenou radiální i axiální zátěž převodovky. U mnoha aplikací je lineární pohyb zajištěn pomocí řemene. Zde je často kladen důraz na velké radiální zatížení při vysokých otáčkách. Tohle spojení nabízí převodovka se speciální výstupní přírubou pro řemenici.

Planetový převod je umístěn přímo v náboji pro řemenici, který je a podpořen dvěma integrovanými ložisky. Díky tomu mají převodovky velmi kompaktní rozměry a snesou velké radiální zatížení. Náboj převodovky je navíc rozměrově uzpůsoben dle ISO k připojení normovaných řemenic. Apex Dynamics nabízí dvě varianty planetových převodovek s integrovanou řemenicí.

Kuželové a úhlové varianty

Důležitou součástí portfolia Apex Dynamics jsou kuželové spirálové převodovky. K mnoha výhodám těchto převodovek patří také velká variabilita provedení vstupních hřídelí přírub. Úhlová varianta se dvěma výstupními hřídelemi ATB-L a jednou vstupní hřídelí. Úhlová varianta s jednou vstupní a jednou výstupní hřídelí ATB-L1/ATB-R1. Úhlová varianta s dutou výstřední a dalšími variantami ATB-H/ATB-C a rychloupínacím elementem. Varianta se čtyřmi hřídelemi ATB-4M. Tyto převodovky mohou být také zhotoveny s přírubou a svěrným spojem pro servomotor na vstupu. Apex Dynamics nabízí řešení pro každou aplikaci, kde je potřeba přesné polohování, variabilita i dlouhodobý kontinuální provoz.

Na našich stránkách naleznete navíc výpočtový program Dynamax a vygenerujte si výkres a 3D model v programu Design-tool. Planetové převodovky dokáží dosáhnout úžasného snížení rychlosti až o 10:1 v jediném stupni. Tyto kompaktní a výkonné motory poskytují působivý výkon.

Návrh a výpočet planetových převodovek

Proces návrhu vyžaduje přesné inženýrské výpočty. Systém s převodem 5:1 vyžaduje pouze přesné specifikace. Planetové převodovky dokáží umístit větší výkon do menších prostorů než standardní reduktory s ozubeným kolem a pastorkem. To umožňuje jejich válcová skříň a řadové hřídelové vedení. Vytvoření těchto systémů vyžaduje pečlivou pozornost s ohledem na několik faktorů. Provedeme vás klíčovými kroky návrhu planetových převodů. Probereme vše od jednoduchých výpočtů až po pokročilé optimalizační techniky.

Úspěch konstrukce planetového převodu závisí na přesných specifikacích provozních požadavků. Konstruktéři musí vyvážit axiální a radiální zatížení, aby optimalizovali výkon. Konfigurace planetových převodů existují ve dvou hlavních formách: jednoduché a složené systémy. Jednoduché vs. složené planetové systémy používají více planetových kol připojených v řadě ke stejnému hřídeli. Tato kola se otáčejí a obíhají podobnými rychlostmi, ale zabírají s různými koly. Tato konstrukce umožňuje vyšší převodové poměry na stupeň a otevírá více mechanických možností.

Výběr planetového převodu podstatně ovlivňuje výkon systému. Většina planetových převodových systémů používá tři až čtyři planetová kola. Toto uspořádání rovnoměrně rozkládá zatížení a vytváří více kontaktních ploch. Šroubová ozubená kola v planetových systémech překonávají čelní ozubená kola. Zaoblení profilu zubu ozubeného kola pomáhá zlepšit souosost záběru a snižuje oblasti s vysokým napětím, které by mohly vést k důlkovým korozím na povrchu. Šroubovité konfigurace vytvářejí axiální reakce, které se u více planet neruší jako reakce tangenciálních ozubených kol.

Kontaktní napětí v ozubených kolech se pro dosažení optimálního výkonu řídí Hertzovým vzorcem. Moderní softwarové nástroje umožňují rychlejší a přesnější návrh planetových převodů. Tyto nástroje pomáhají inženýrům efektivně pracovat ve všech fázích vývoje. FVA-Workbench se ukázal jako výkonný nástroj pro dimenzování a ověřování pohonných systémů. Pokročilé simulační nástroje nabízejí řadu analytických možností. ANSYS Workbench pomáhá ověřovat návrhy pomocí metod přímé integrace v analýze přechodové dynamiky.

Účinnost, údržba a optimalizace

Úspěšná konstrukce planetového převodu vyžaduje pečlivou pozornost z hlediska účinnosti, tlumení hluku, údržby a nákladů. Jednostupňové planetové převodovky dosahují účinnosti 95 %. Jednoduchá účinnost vyžaduje úpravy s ohledem na pohyb paže. Váš návrh by měl snížit ztráty energie v důsledku tření a tepla, zejména v nepřetržitém provozu. Pravidelná údržba zajistí delší životnost systému s maximálním výkonem.

Optimalizační nástroj softwaru KISSsys umožňuje automaticky navrhovat kompletní převodovky. Chytrý výběr materiálu by měl odpovídat vašim výrobním možnostem. Návrh planetových převodů vyžaduje pečlivou pozornost věnovanou několika technickým aspektům. Proces začíná od původních specifikací a pokračuje až do finální optimalizace. Tyto systémy poskytují vynikající hustotu výkonu. Díky schopnostem snižovat rychlost jsou planetové převodovky všestranné pro přenos výkonu. Jednoduché konfigurace 10:1 fungují dobře a složité složené systémy nabízejí ještě více možností.

Inženýři mohou vytvářet vysoce účinné systémy, které splňují přísné požadavky na velikost a hmotnost. Výkon planetového převodu závisí na správné konfiguraci a interakcích mezi komponenty. Důležitou roli hrají také řádné protokoly údržby. Návrhářský software tento proces urychluje. Získání odborné znalosti v oblasti návrhu planetových převodovek vyžaduje jak technické znalosti, tak praktické znalosti. Inženýři, kteří používají systematické přístupy k návrhu, uspějí. Dokážou vytvořit spolehlivé a cenově dostupné systémy planetových převodovek s využitím validačních nástrojů a optimalizačních technik.

Otázky a praktické poznámky

1. Jak se vypočítá převodový poměr v planetové převodovce? Pro výpočet převodového poměru v planetové převodovce vydělte počet zubů hnacího členu součtem zubů centrálního a věncového kola. Tento výpočet platí, když je systém v režimu rychloběhu s unašečem jako vstupem.
2. Jaká je účinnost planetových převodovek? Planetové převodovky jsou vysoce účinné, přičemž jednostupňové konfigurace dosahují účinnosti až 95 %. Dvoustupňové systémy si mohou udržet účinnost kolem 90 %.
3. Jak lze snížit hluk v planetových převodovkách? Pro snížení hluku lze použít několik technik, včetně optimalizace kontaktu, správné volby materiálů a mazání.
4. Jaké softwarové nástroje se běžně používají pro návrh planetových převodů? Mezi oblíbené možnosti patří Onshape, SolidWorks, FVA-Workbench a Simcenter 3D Motion.

Vizuální podpora a doprovodné materiály

Infografiky a výpočtové tabulky mohou ilustrovat poměry převodů, uspořádání planet a rozložení zatížení napříč jednotlivými členy systému. Pro detailní návrh lze využít výpočtové programy Dynamax a Design-tool, které generují výkresy a modely. Obrázky ukazují, jak jsou jednotlivé komponenty konfigurovány ve třech hlavních typech planetových převodovek a jaké typy výstupních hřídelí jsou nejvhodnější pro konkrétní aplikace.

Praktické tipy pro 3D tisk a rychlost konstrukce

Planetové převodovky umožňují snížit rychlost a zvýšit krouticí moment, což je vhodné pro 3D tisk, kde je vyžadována vysoká točivá síla při přesném polohování. Většina systémů dosahuje vysoké hustoty výkonu a jsou schopné pracovat i v náročných podmínkách s trvalým provozem. Pro rychlé prototypování lze použít simulace a validační nástroje, které ověří dimenze a zatížení ještě před fyzickým výrobníkem.

tags: #planetova #prevodovka #3d #tisk