Caja de cambios planetaria para automatización industrial: 7 factores clave de rendimiento

En un pórtico pick-and-place, un servomotor de 750 W que funciona a 3.000 rpm tiene que entregar de 25 a 30 Nm en el eje de salida y detenerse a 0,05 mm de su posición aprendida, 90 veces por minuto, tres turnos al día. El variador suministra la velocidad y el circuito de control. El engranaje planetario atornillado a la brida del motor decide si esos 0,05 mm siguen siendo 0,05 mm después de doce meses de producción o se han abierto hasta 0,4 mm.

Cinco factores de rendimiento deciden el resultado: juego y rigidez torsional, densidad de torsión medida contra el factor de servicio real, pérdida de eficiencia por etapa y el calor que genera, vida útil del rodamiento de salida bajo carga radial y el paquete de sellado y lubricación adaptado al entorno de la planta. Si se juzgan mal dos de ellos en la hoja de dimensiones, el eje se rediseñará en el taller en lugar de hacerlo en papel.

Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd., conocida como SGR , fabrica cajas de engranajes planetarios, engranajes helicoidales de doble envolvente y reductores combinados para automatización industrial y maquinaria pesada, por lo que los criterios a continuación se describen en torno a lo que realmente falla, se desgasta o se desvía en una línea en funcionamiento.

Qué aporta una caja de cambios planetaria a un eje automatizado

Una caja de cambios planetaria multiplica el par y divide la velocidad de entrada al compartir la carga entre tres o más engranajes planetarios que hacen contacto con el engranaje solar y la corona interna al mismo tiempo, y ese engranaje simultáneo impulsa todas las ventajas y todas las trampas de tamaño que siguen.

Una caja de cambios planetaria es un reductor coaxial en el que un planeta central impulsa varios engranajes planetarios montados sobre un soporte giratorio; Los planetas ruedan dentro de una corona dentada, por lo que la carga transmitida se divide entre varios pares de dientes en lugar de una sola malla.

Tres consecuencias importan en un eje automatizado:

• La relación por etapa va de 3:1 a aproximadamente 10:1, por lo que dos etapas alcanzan aproximadamente 100:1 y tres etapas alcanzan 1000:1 en una carcasa más corta que una unidad helicoidal comparable.
• La carga compartida entre tres y cinco engranajes planetarios reduce la fuerza sobre cada par de dientes, lo que aumenta la densidad del par y la rigidez torsional y reduce el ruido que produce un diseño de malla única.
• Los ejes de entrada y salida se ubican en la misma línea central, por lo que la unidad se monta con brida directamente en un servomotor sin mover el eje de la máquina.

Esas mismas propiedades crean los modos de falla. Una unidad con un tamaño de par promedio por sí solo picará sus dientes planetarios mucho antes de que el rodamiento de salida alcance su vida útil nominal.

Juego y rigidez torsional: el primer factor de rendimiento

La holgura es el juego angular medido en el eje de salida cuando la entrada invierte la dirección y se convierte directamente en un error de posicionamiento: 1 minuto de arco equivale aproximadamente a 0,15 mm en un brazo de 500 mm, 3 minutos de arco equivalen a 0,44 mm y los 8 a 12 minutos de arco de una unidad industrial de uso general equivalen a 1,16 mm o más.

ISO 1328-1:2013 define los grados de precisión de engranajes de 0 a 12, y los conjuntos planetarios de grado de automatización normalmente se cortan al grado 6 o 7, que es lo que permite una garantía de 3 minutos de arco sin necesidad de lapear manualmente cada unidad. Se puede pedir un juego de grado 5 por 1 minuto de arco, a un precio superior y con un plazo de entrega más largo.

La rigidez es la segunda mitad de la misma especificación. El contragolpe le indica qué tan lejos viaja el eje antes de que se active la ruta de carga; La rigidez torsional, expresada en Nm por minuto de arco, indica cuánto se desvía una vez que se aplica la carga. Ambos números pertenecen a la hoja de selección y la interacción entre ellos en un servoeje se examina en esta revisión de Determinantes del contragolpe en el posicionamiento robótico. .

Densidad de par, factor de servicio y selección de relación

Dimensione una caja de cambios planetaria según el par máximo en lugar del par nominal, porque un servoeje aplica rutinariamente entre el 200% y el 300% del par nominal durante unos cientos de milisegundos durante la aceleración y el frenado. Una clasificación que cubra sólo el par continuo picará los dientes del planeta dentro del primer año de una máquina de ciclo alto.

Aplique un factor de servicio de al menos 1,5 para la automatización de un solo turno y 2,0 para el servicio 24 horas al día, 7 días a la semana, luego verifique el resultado con la proporción que realmente necesita. La relación, la clase de reacción y el número de etapas no son opciones independientes: agregar una etapa para alcanzar una relación más alta cuesta aproximadamente 3 puntos porcentuales de eficiencia y agrega reacción en cada malla.

Caja de engranajes planetarios de alto par serie N Revise esta unidad de la Serie N cuando compare el factor de servicio, la relación, el juego y el recuento de etapas antes de confirmar el par máximo y los cálculos de servicio ISO 6336. Ver producto →

Cuando el ciclo de trabajo incluye marcha atrás frecuente o alta inercia reflejada, confirme el par máximo, el número de ciclos máximos por hora y los factores de seguridad de raíz y flanco del diente calculados según ISO 6336 antes de emitir el pedido.

Eficiencia, calor y ciclo de trabajo

Cada etapa planetaria pierde aproximadamente entre el 2% y el 3% de la energía que pasa a través de ella, por lo que una unidad de una sola etapa devuelve aproximadamente el 97%, dos etapas aproximadamente el 94% y tres etapas aproximadamente el 91%. El porcentaje que falta no desaparece; sale de la carcasa en forma de calor.

Las clasificaciones térmicas se cotizan en una temperatura ambiente definida, normalmente 40 grados, y en una posición de montaje definida. Una unidad que es térmicamente adecuada en aire en calma puede sobrecalentarse dentro de un gabinete sellado, y un factor de servicio más alto es la solución más barata: selecciona el siguiente tamaño de marco, lo que aumenta el área radiante antes de que aumente mucho el costo.

Vida útil del rodamiento de salida, cargas radiales e interfaz de montaje

El cojinete de salida, no los dientes del engranaje, es el primer componente que se queda sin margen en un eje impulsado por correa, cadena o piñón. La vida útil de los rodamientos de catálogo se calcula según ISO 281 y normalmente se cita como una clasificación L10 de 20 000 horas con carga nominal, el punto en el que el 90 % de la población sobrevive esa duración.

Caja de engranajes planetarios de alto torque montada en base coaxial serie N Considere esta unidad coaxial montada en base cuando la vida útil del rodamiento de salida, la carga sobresaliente, la carga axial y los arranques por hora gobiernan el eje impulsado. Ver producto →

Déle al fabricante tres números: la carga radial y su punto de aplicación a lo largo del eje de salida, la carga axial y los arranques por hora. Una carga sobresaliente aplicada 25 mm más lejos de lo previsto puede reducir a la mitad la vida útil calculada del rodamiento.

Medio ambiente, sellado y lubricación

La clase de protección y la lubricación las decide la planta, no la página del catálogo. IP65 según IEC 60529 es el mínimo práctico cuando hay presencia de lavado, polvo o finos metálicos.

• Las unidades selladas con grasa de por vida eliminan los cambios de aceite, pero tienen un límite térmico continuo más bajo que los marcos lubricados con aceite del mismo tamaño.
• Las unidades lubricadas con aceite que utilizan aceite para engranajes mineral o sintético según ISO VG 220 manejan mejor velocidades más altas y servicio continuo, a costa de un intervalo de cambio de aceite.
• Las áreas de alimentos, productos farmacéuticos y embalaje generalmente especifican lubricantes registrados NSF H1, que deben elegirse antes de ensamblar la unidad y no después.
• Los ambientes extremos, por debajo de -10 grados o por encima de 45 grados, cambian la elección del lubricante y pueden requerir un calentador o un ventilador.

Una secuencia de selección de seis pasos para maquinaria automatizada

Haga coincidir la caja de cambios con el ciclo de trabajo en seis pasos y registre el número detrás de cada paso para que un cambio posterior pueda atribuirse a una decisión en lugar de una suposición.

Caja de engranajes planetarios para aplicaciones de accionamiento de giro Utilice esta caja de cambios planetaria cuando coincida con los pasos del ciclo de trabajo; Si falla una verificación, considere un marco más grande antes de cambiar a una proporción más baja. Ver producto →

Si un paso falla, suba un tamaño de fotograma antes de pasar a una proporción más baja; sobredimensionar el marco es reversible, subdimensionar la relación no lo es.

El juego, la densidad de torsión, la eficiencia, la vida útil de los rodamientos y el sellado son los cinco factores que separan una caja de engranajes planetarios que mantiene la tolerancia durante una década de una que se convierte en una línea en el registro de mantenimiento. Especificar los cinco con respecto al ciclo de trabajo real lleva una tarde; corregirlos después de la puesta en servicio requiere un apagado.