Trenie pod kontrolou. Séria TwinSpin® G pre presné aplikácie.

Trenie je jav, ktorý je prítomný pri kontakte mechanických telies alebo mechanických prostredí. Trenie v polohovom servo-riadení predstavuje dôležitú, vážnu a nežiadúcu nelineárnu fyzikálnu vlastnosť.

Keď hovoríme o trení, musíme rozlíšiť dva druhy trenia: Coulombovské trenie nezávislé od rýchlosti a viskózne trenie ako odpor voči pohybu tela. Čím je vyššia rýchlosť, tým vyššie je viskózne trenie. Čím je vyššia viskozita prostredia v ktorom sa telo pohybuje, tým je vyššie viskózne trenie.

Kvôli zjednodušeniu:

Rozbehový moment indikovaný alebo meraný na vstupnom hriadeli je krútiaci moment pochádzajúci zo všetkých vnútorných zdrojov Coulombovského trenia. Rozbehový krútiaci moment je celkové Coulombovské trenie redukované na vstupný hriadeľ.

Viskózny trecí moment indikovaný na vstupnom hriadeli počas jeho otáčania je krútiaci moment pochádzajúci zo všetkých vnútorných zdrojov viskózneho trenia v reduktore. Rovnako ako predtým vždy počítame s celkovým viskóznym trením redukovaným na vstupný hriadeľ.

Obrázok č. 1:  Zjednodušený fyzikálny model reduktora

Vyššie uvedený zjednodušený fyzikálny model popisuje koreláciu medzi torznou tuhosťou, vnútorným trením a schopnosťou reduktora dosiahnuť požadovanú presnosť polohovania. Disk predstavuje objekt, ktorý má dosiahnuť polohu vzhľadom na oblúkové čeľuste. Disk sa polohuje cez pružinu, ktorej torzná tuhosť C_t predstavuje torznú tuhosť reduktora. M_c je celkové vnútorné trenie, redukované na výstup prevodovky.

Vo vyššie uvedenom modeli je M_c reprezentované trecím momentom M_t, ktorý je generovaný trením medzi oblúkovými čeľusťami a polohovaným členom

Pri presnom polohovaní je úlohou otočiť disk o daný uhol od počiatočnej polohy pomocou torznej pružiny tak, aby značka na disku bola presne oproti značke na oblúkovej časti. Ak sa oblúková časť a disk nedotýkajú, potom sa negeneruje trecí moment a úloha sa dá ľahko realizovať. Len čo však nastane kontakt kotúča s oblúkovými časťami, objaví sa trecí moment M_t a potom je úloha presného polohovania oveľa ťažšia, dokonca nemožná.

Polohovú chybu je preto možné definovať ako Δϕ = M_t / C_t.

Uhlová hysterézia H prevodovky sa rovná 2Δϕ, to znamená H = 2Δϕ. Toto je však najmenšia chyba v polohovaní, ak k tomu prirátame zmenu trenia pri zmene rýchlosti a viskózne trenie, chyba polohovania bude oveľa väčšia.

Pre presnú aplikáciu je potrebné mať čo možno najmenšie trenie, ku ktorému sa blížime s reduktormi TwinSpin® série G.

Výhody série TwinSpin® G.

Hlavným rozdielom medzi reduktormi sérií TwinSpin® T, E a H a TwinSpin® série G je nová konštrukcia hlavného ložiska. Kľúčová technická vlastnosť spočíva v oddelení hlavného ložiska od redukčného mechanizmu.

Z toho vyplývajú nasledujúce výhody:

Trenie pod kontrolou

Nižšia hysterézia

Nízka hodnota mŕtveho chodu pre malé reduktory do 100 mm

Extrémne nízke hádzanie na hlavnom ložisku

Najvyššia klopná tuhosť v danej veľkosti reduktora

Obrázok č. 2: Hlavné ložisko reduktora série G

Mŕtvy chod

V predchádzajúcej generácii malých reduktorov s vonkajším priemerom 60 - 100 mm bola horná hodnota nastavenia mŕtveho chodu kvôli konštrukčným obmedzeniam až 1,5 arcmin. Cieľom pre sériu G bolo dosiahnuť mŕtvy chod v malých reduktoroch pod 1 arcmin a zároveň udržať trenie v prevodovke oveľa nižšie ako predtým, čo je zvyčajne protichodná požiadavka.

Hysterézia

Hysterézia je vo všeobecnosti nežiaducim javom pri presnom riadení polohy. Pri presných prevodovkách TwinSpin® G série sme sa snažili dramaticky znížiť hysteréziu ako jednu z hlavných charakteristík ovplyvňujúcich neistotu polohovania. Reduktory malých rozmerov sú veľmi citlivé na trenie, napriek tomu bolo naším cieľom udržať hodnotu hysterézie pod 1 arcmin. Pretože trenie priamo ovplyvňuje hysteréziu, udržiavaním trenia na čo najnižšej hodnote, udržujeme hysteréziu implicitne na čo najnižších hodnotách.

Obrázok č. 3:  Definícia mŕtveho chodu a hysterézie

Rozbehový moment

Rozbehový moment je kvázi statický krútiaci moment potrebný na začatie otáčania vstupného hriadeľa, pričom výstup nie je zaťažený. Reduktory série G vykazujú zníženie rozbehového momentu o 30-40% v porovnaní so staršími reduktormi série T a E podobnej veľkosti a prevodového pomeru.

Klopná tuhosť

Reduktory TwinSpin® G majú integrované radiálno-axiálne výstupné ložisko, ktoré je schopné prenášať klopný moment a radiálne a axiálne sily. Pri vysoko presných aplikáciách, napríklad pri lekárskych, optických a obrábacích strojoch, je nevyhnutné zabezpečiť poháňaný systém mimoriadne tuhým a presným radiálno-axiálnym ložiskom, ktoré je integrované priamo do redukčnej prevodovky.  V sérií G sme použili nový dizajn hlavného ložiska, pričom klopná tuhosť reduktorov je vyššia o viac ako 50% v porovnaní so staršími sériami T, E a H.

Obrázok č. 4: Meranie klopnej tuhosti - reduktora TS 185 G

Nameraná tuhosť M_tave = 1 400 Nm / arcmin

Robustné a tuhé hlavné ložisko navyše poskytuje stabilnú a presnú oporu prevodovému mechanizmu. Aj v prípade že prevodovka je preťažená klopným momentom, vnútorné komponenty prevodovky tým nie sú ovplyvnené alebo poškodené a reduktor si zachováva charakteristiky presnosti.

Vysoko presné hlavné ložisko na požiadanie

Nový koncept hlavného ložiska podobný ložisku YRT prináša ďalšie výhody vo vysokej presnosti výstupného ložiska. Typické hodnoty radiálneho a axiálneho hádzania hlavného ložiska označené parametrami T1 a Z1 na nasledujúcom obrázku, sú 5 - 7 mikrometrov. Na špeciálnu požiadavku je možné vyrobiť reduktory s hádzaním do 3 mikrometrov.

Obrázok č. 5: Parametre hádzania hlavného ložiska

Presnosť a opakovateľnosť polohovania

S určitým zjednodušením môžeme povedať, že presnosť polohovania je schopnosť dosiahnuť správnu pozíciu a opakovateľnosť polohovania je schopnosť dosiahnuť správnu pozíciu zakaždým keď sa vykonáva rovnaký pohyb.

Séria G v porovnaní so staršími sériami TwinSpin® dosahuje lepšie výsledky v opakovateľnosti polohovania. Na nasledujúcom obrázku je meranie uskutočnené laserovým interferometrom na reduktore TS 155 G s prevodovým pomerom 109, merané pri maximálnych otáčkach 2 000 / min. V tomto prípade bolo hodnotenie vykonané podľa normy ISO 230-2 2014

Obrázok č. 6: Meranie presnosti a opakovateľnosti polohovania

Ak považujete technické informácie o našej sérii G za zaujímavé a máte ďalšie otázky, obráťte sa prosím na naše obchodné oddelenie prostredníctvom e-mailovej adresy: sales@spinea.com. Naši špecialisti vám radi poskytnú ďalšie podrobnosti potrebné na vytvorenie vašich dokonalých presných aplikácií.