3d модели планетарного редуктора

Производители

/ Продукция / Редукторы и мотор-редукторы / Apex Dynamics /

Apex Dynamics

Соосные редукторы

В соосных редукторах Apex используется планетарная передача. Соосные планетарные редукторы могут иметь одно или двухступенчатое исполнение. Максимальный момент ускорения до 6000 Нм.

Угловые редукторы

По сравнению с соосными редукторами угловые позволяют создать более компактную компоновку «редуктор-двигатель», но имеют больший угловой люфт.

Микропланетарные редукторы

Микроаланетарные редукторы (компактные редукторы) серии AM

Общая информация

Apex Dynamics (Тайвань) — официальный сайт компании

Тайваньская компания Apex Dynamics образована в 2000 году и организационно входит в состав группы компаний Apex Group. Специализация – изготовление прецизионных редукторов различных типов.

Головной офис и основное предприятие Apex Dynamics, Inc. находятся в г. Тайчжун (Тайвань), на территории одноименного промышленного парка. Мощность производства – 10 тысяч единиц продукции в месяц. Численность персонала завода и управляющих подразделений составляет 180 человек.

Компания Apex выпускает два типа прецизионных планетарных редукторов: соосные и угловые.

Технические характеристики редукторов

Тип редукторов Номинальный выходной момент, Нм Угловой люфт, угл. мин.
Соосные 2000 от 0 С.

Редукторы опционально комплектуются различными выходными фланцами, соответствующими стандартам IEC, NEMA.

При помощи специальной переходной плиты, изготавлиемой производителем, редукторы Apex могут быть соединены с двигателями большинства известных мировых производителей.

Преимущества редукторов Apex

Преимуществами планетарных редукторов являются: компактные размеры, высокий передаваемый крутящий момент, низкий шум при работе, длительный срок службы (более 20 000 часов).

Масло в редукторы заливается на весь срок службы, соответственно для редуктора не требуется техническое обслуживание. Также редуктор может использоваться для любых монтажных положений.

Редукторы Apex по сравнению со многими производителями прецизионных планетарных редукторов обладают более низкой ценой.

Для более простого и удобного подбора редукторов компанией-производителем разработаны программы Design Tool DynaMax.

Программа Design Tool.

Design Tool – удобный инструмент для подбора комбинации «редукторы Apex – двигатели ведущих мировых производителей». Программа позволяет быстро и легко выбрать оптимальные по техническим характеристикам редуктор и двигатель, а затем проверить их на геометрическую совместимость. После осуществления подбора можно сразу же получить код для заказа редуктора, основные технические характеристики редуктора и двигателя, чертежи и 3D-модели разных форматов выбранных Вами редукторов.

Сборка и создание анимации работы типового планетарного редуктора в SOLIDWORKS

В этом уроке рассмотрим как создавать сборку типового планетарного редуктора в САПР SOLIDWORKS, научимся вставлять компоненты в сборку и добавлять механические сопряжения, а также анимировать готовые сборки.

Видеокурс по этой теме

Видеокурс «Уроки SOLIDWORKS для повышения мастерства»

Полезные инструменты и возможности SOLIDWORKS, не отраженные в других частях.

Именно глубина использования программы дает вам статус профессионального пользователя.

Что такое планетарный редуктор

Планетарный редуктор, дифференциальный редуктор – один из классов механических редукторов. Редуктор называется планетарным из-за планетарной передачи, находящейся в редукторе, передающей и преобразующей крутящий момент.

Особенностью данного типа редуктора является соосность входного и выходного валов, даже на однорядной передаче.

Планетарные редукторы применяются в тех случаях, когда предъявляется требование к компактности редуктора и соосности входного и выходного валов.

Они применяются в бортовых главных передачах гусеничных машин, в двухступенчатых главных передачах колесных грузовых машин в ступицах ведущих колес, в грузовых лебедках и тельферах, в автомобильных стартерах, в совмещенных планетарных мотор-редукторах. В грузовых лебедках и тельферах могут применяться двух- и трехрядные планетарные передачи, а общее передаточное отношение таких планетарных редукторов может быть порядка 100.

В однорадиусных механизмах поворота гусеничных машин применяются редукторы с разблокированным опорным звеном. В данном механизме они одновременно выполняют функцию редукции и обеспечивают возможность плавного разрыва потока мощности. Также могут применяться везде, где требуется опция отключения потока мощности без необходимости остановки мотора или вала привода ведущего звена.

Планетарные редукторы чаще других встречаются в АКПП современных автомобилей. Значительно реже з применяют в механических коробках, это обусловлено значительным повышение стоимости автомобиля, снабженного механической коробкой с планетарным редуктором.

Сборка планетарного редуктора в SOLIDWORKS

Теперь перейдем к сборке редуктора. Для начала сделаем небольшие приготовления.

Моделирование деталей редуктора

Шаг 1. Сначала необходимо смоделировать детали, которые входят в сборку редуктора (корпус редуктора, крышки, валы, шестерни и т.д.).

В конструкцию планетарной передачи входят:

  • Солнечная шестерня – зубчатое колесо небольшого диаметра с зубьями, нарезанными по внешнему ободу. Ось солнечной шестерни совпадает с осью редуктора.
  • Коронная шестерня (эпицикл) – колесо с внутренними зубьями. Диаметр значительно больше, чем у солнечной шестерни. Размер эпицикл а ограничивается размерами корпуса редуктора.
  • Водило – центральный элемент планетарной передачи. Передает вращательное движение и распределяет нагрузку на сателлиты. Основная ось расположена по оси редуктора, а на самой вилке устанавливаются подвижные оси сателлитов, вращающихся концентрически в той же плоскости, что и солнечная шестерня, и коронная.
  • Сателлиты – одно- или многовенцовые колеса с нарезкой зубьев с наружной стороны. Имеют постоянное пятно контакта (зацепление) с эпициклом и зубчатой солнечной шестерней. Как правило, в устройстве планетарного редуктора присутствуют в количестве 3 штук, но в разных модификациях их количество может отличаться (2–6 сателлитов).

Элементы конструкции устанавливаются в общий корпус редуктора, который заполняется смазкой, обеспечивающей долгосрочную эксплуатацию подвижных деталей за счет снижения силы трения.

Для удобства построения сборки все детали сохраняем в одну папку.

Выше представлены изображение некоторых смоделированных деталей редуктора, это корпусные детали и упомянутые выше детали самой планетарной передачи.

Создание сборки

Шаг 2. После построения всех деталей, входящих в сборку, переходим к сборке самого редуктора.

Для этого создадим новую деталь. Нажимаем Создать > Сборка.

Шаг 3. Необходимо вставить компоненты, входящие в сборку.

Так как первая деталь вставленная в сборку становиться зафиксированной, ею будет корпус редуктора.

Шаг 4. Вставим все остальные компоненты сборки и добавим соответствующие сопряжения.

Стандартные изделия (манжеты, подшипники и т.д.) можно найти в библиотеке Toolbox.

Чтобы шестерни могли вращаться, добавим механическое сопряжение Редуктор.

Сборка готова и валы могут передавать вращательное движение.

Анимация работы редуктора

Создадим вкладку Исследование движения. Для этого нажмем Создать новое исследование движения.

Теперь все действия будут выполняться тут. Для начала создадим траекторию движения камеры и саму камеру и назначим точку, куда будет направлена камера.

Теперь добавим путь, по которому будет создана анимация. Для этого нажимаем Вид > Источники света и камеры > Добавить камеры.

Далее необходимо назначить место расположения условного двигателя, который будет приводить в движение входной вал. Для этого нажмем Двигатель.

Если механическое сопряжение Редуктор назначено правильно, то выходной вал тоже начнет вращаться плавно и без рывков.

Чтобы показать компоновку редуктора, можно добавить временную прозрачность крышек редуктора в тот момент, когда это будет видно по пути движения камеры. Для этого переместим ползунок в нужный временной отрезок и нажмем Изменить прозрачность.

После окончания движения камеры можно показать последовательность разборки редуктора на компоненты. Для этого воспользуемся тем же инструментом Двигатель или Вид с разнесенными частями.

Останется сохранить анимацию в формате видео. Для этого нажимаем Сохранить анимацию.

Работа по созданию анимации движения планетарного редуктора закончена.

В данном уроке мы рассмотрели не только как делать сборку, но и приводить подвижные элементы в движение.

Конструкция планетарного редуктора

Конструкция планетарных редукторов играет решающую роль в работе оборудования с ЧПУ. От него зависит точность обработки, чистота поверхностей деталей возможность работы с теми или иными материалами заготовок. Комплектный привод состоит из мотора (электродвигателя), механической передачи (редуктора) и системы управления, включающей силовой преобразователь. Конструкция второго элемента из этого списка оказывает наиболее существенное влияние на мощностные и массово-габаритные характеристики.

Среди всех известных механик привода особое место занимают планетарные редукторы. Они нашли применение в составе подавляющего большинства мехатронных систем, в том числе в станках с ЧПУ. В таких механизмах качество работы планетарного редуктора определяется не только передаваемой мощностью и КПД, но и более «тонкими» показателями: плавностью, кинематической точностью, жесткостью, виброактивностью, моментом инерции и количеством мертвого хода.

Конструкция планетарного редуктора

Объяснить принцип работы планетарного редуктора можно на примере устройства простейшей одноступенчатой модели. В состав механизма входят 4 звена:

  • Солнечная шестерня. Обычно она выполнена заодно с быстроходным валом.
  • Сателлиты – зубчатые колеса, симметрично расположенные вокруг солнечной шестерни. Они вращаются вокруг своих осей.
  • Эпицикл – зубчатый венец с внутренним зацеплением. Сателлиты входят в зацепление с солнечной шестерней и эпициклом.
  • Водило. Оси сателлитов, вращающиеся вокруг солнечной шестерни, представляют собой единое звено с тихоходным валом. Оно называется водилом.

Благодаря концентричности трех групп зубчатых колес быстроходный и тихоходный валы в устройстве планетарного редуктора всегда располагаются на одной оси. Это очень удобно с точки зрения компоновки привода и его соединения с исполнительным механизмом, например, ходовым винтом станка. Многие производители реализуют так называемые мотор-редукторы — комплектную приводную механику с электродвигателем в моноблоке.

В простейшей передаче тихоходный вал (солнечная шестерня) получает вращение от двигателя и через зацепление передает ее на сателлиты, которые за счет неподвижного эпицикла заставляют вращаться свои оси (водило, тихоходный вал). Более сложный вариант планетарной передачи – дифференциал. Эпицикл в нем не зафиксирован. Дифференциальная передача может складывать моменты (то есть иметь два источника вращения) или разделять их (от одного двигателя приводить во вращение два исполнительных механизма).

От чего зависит передаточное число планетарного редуктора?

Степень редуцирования (передаточное число) рассчитывается как отношение числа зубьев эпицикла и солнечной шестерни или их делительных диаметров. При этом количество зубьев на сателлитах на нее не влияет. Передаточное отношение простого одноступенчатого планетарного редуктора составляет от 3 до 10. При больших значениях не удается сохранить условие контактной прочности зубьев. Увеличение или уменьшение передаточного отношения в указанных пределах выполняется за счет изменения геометрии зубчатых колес.

Большие степени редуцирования можно получить двумя способами:

  • Последовательной установкой нескольких планетарных передач.
  • Встраивание конической зубчатой передачи (в качестве первой ступени) в планетарный редуктор.

Поскольку второй способ предполагает смещение оси вращения, чаще всего прибегают к установке конических прямозубых или гипоидных передач. Угловые редуктора нередко оказываются удачным решением для компоновки узла машины.

Сколько должно быть сателлитов?

В сравнении с обычной передачей в планетарном зацеплении оказывается большее количество зубьев, и все они задействованы в перемещении мощности. С увеличением числа сателлитов снижается нагрузка на каждый из них, соответственно, есть возможность для уменьшения их диаметра и ширины (материалоемкости производства) при сохранении прочностных характеристик устройства планетарного редуктора. Рассеивание мощности сопровождается снижением износа зубьев, а также повышением жесткости привода на скручивание.

В планетарных редукторах обычно используются три (реже – четыре) сателлита. С увеличением их количества растут требования к точности исполнения деталей. Так, смещение одной из осей сателлита приводит к неравномерному распределению передаваемой мощности. Это негативно отражается на сроке службы зубьев и подшипников.

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

Планетарные редукторы находят применение в приводных системах различных механизмов и машин. Их популярность объясняется широким перечнем преимуществ перед обычными редукторами с цилиндрическими и коническими передачами:

  1. Возможность реализации разных кинематических схем. Планетарный механизм может выполнять функции:
    1. Редуктора с постоянным передаточным отношением (с зафиксированным эпициклом или водилом);
    2. Коробки передач при последовательной фиксации звеньев;
    3. Дифференциального механизма с двумя степенями свободы, который можно использовать для сложения и вычитания движений.
  2. Сниженные в 2 – 4 раза массово-габаритные характеристики при одинаковых передаточных числах.
  3. Многопоточность при передаче мощности. Количество потоков равно числу сателлитов.
  4. Сниженные нагрузки на опоры. Благодаря симметричной конструкции передач все радиальные усилия на осях сателлитов, входном и выходном валах компенсируют друг друга. Это дает возможность выбирать подшипники меньших типоразмеров.

В серво и шаговых приводах для перемещения станков с ЧПУ планетарные редукторы дают еще ряд специфических для них преимуществ:

  1. Увеличение разрешения привода.
  2. Возможность работы на больших ускорениях.
  3. Снижение вероятности пропуска шагов благодаря увеличению крутящего момента.

К условным недостаткам планетарных редукторов относят:

  1. Жесткие требования к качеству смазки и соблюдению регламента ее замены. Повышенные контактные нагрузки на зубья требуют использования марок масел, указанных производителем в технической документации. Переход на другие смазки может привести к снижению срока службы редуктора. Из-за отсутствия застойных зон в планетарном механизме частицы металла, попавшие в масло, всегда находятся во взвешенном состоянии и создают дополнительные абразивные нагрузки.
  2. Сложность в ремонте. Для проведения квалифицированного ремонта нужно специализированное оборудование: съемники и пресс для демонтажа и сборки, шаблоны и мерительный инструмент для выбраковки деталей.
  3. Высокое тепловыделение. Из-за компактных размеров и высоких передаваемых мощностей работа планетарного редуктора сопровождается выделением большого количества теплоты. Зачастую площадь наружной поверхности не справляется с ее отводом. Эту проблему можно устранить несколькими способами: принудительным воздушным охлаждением, системой постоянной циркуляции смазки, ограничением входной частоты вращения или установкой дополнительной механической передачи перед быстроходным валом.

При соблюдении регламента обслуживания планетарные редукторы работают стабильно и не вызывают особых проблем.

Планетарные редукторы в станках MULTICUT

Конструкция планетарного редуктора отличается высокой сложностью, и чтобы проявился весь комплекс его преимуществ, точность изготовления механизма должна быть очень высокой. Высокие требования предъявляются к соосности всех вращающихся деталей, к профилю и термообработке зуба. Важное условие работоспособности – герметичность уплотнений на входном и выходном валах. При выборе механического силового агрегата нужно учитывать не только заявленные в паспорте технические характеристики, но и обращать внимание на производителя.

В планетарных приводах станков MULTICUT мы используем японские редукторы SHIMPO. Производитель специализируется на изготовлении приводной механики общепромышленного применения и специализированных узлов. Благодаря высокой точности нарезки зуба и прецизионной балансировке вращающихся деталей планетарные редукторы SHIMPO отличаются низким уровнем вибрации при работе на максимальных скоростях вращения и высокой точностью. Например, в планетарных серворедукторах общего назначения серии VRB максимальный люфт не превышает 3 угловых минут.

К особенностям конструкции SHIMPO можно отнести:

  • широкий диапазон передаточных чисел (3 – 100);
  • жесткий выходной вал;
  • легкий алюминиевый корпус;
  • автоматическое центрирование с мотором, обеспечивающее хорошую соосность;
  • исполнение IP65.

Для получения профессиональных консультаций по выбору элементов привода для станков MULTICUT отправьте ваши вопросы сотрудникам компании через обратную связь или задайте в телефонном режиме.

Пройти тест

1i7

Сами делайте своих роботов

Entries by tag: механика

этому название — стопорные втулки, год всё-таки прошел

  • 2 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Михаил Белов взял какой-то планетарный редуктор с Thingiverse, встроил его в колесо Робота машинки и распечатал первый черновик на 3д-принтере.

  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Юзер lonely_war запустил интерактивное реалити-шоу с участием робота-манипулятора, эфиры по вечерам в режиме лайв по адресу http://synxronica.com/project.php?id=4.

Год назад я, кстати, тоже показывал, как можно мигать лампочкой на плате chipkit из облака на Амазоне, и даже пару месяцев держал Удильщика в коробке под столом. Пока не очень ясно, зачем это нужно, но судя по тому, что такие проекты время от времени появляются в разных местах, рано или поздно кто-то придумает им нормальное назначение, а мы для начала просто отметимся.

Оригинал взят у lonely_war в Управление робоманипулятором online

Ну всё, жалкие людишки, настал ваш последний час! Готов первый робот моей несметной орды, которая железной поступью будет попирать ваши земли!

Кхм. ладно, чего это я опять. В общем знакомьтесь, моя новая разработка, манипулятор, которым можно управлять прямо с сайта, правда только когда я дома.

Расположено сие чудо у меня на балконе.

  • 4 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Перед тем, как решать задачки по физике с нетянущим редуктором, решил напоследок сделать еще один редуктор и поменять в отсеке батарейки.

По совету lvenok999 еще раз проверил напряжение и ток в отсеке из предыдущего теста (6 каких-то ноунеймов разной степени разряженности), получил 7.4В, 0.54А (на коротком замыкании); в новом отсеке (6 свежих дюраселов): 9.32В, 4.6А (на коротком замыкании). Один мотор+редуктор от свежего отсека просит примерно 0.5А со скачками до 1-2-3А.

Редуктор5 тоже поновее, внешне выглядит почти как предыдущий редуктор4 с 3мя ступенями, но чуть сильнее понижает обороты:

ступень1:
Мотор: зубцов: 9; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20
Передача1-1: зубцов: 47; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20
ступень2:
Передача1-2: зубцов: 12; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20
Передача2-1: зубцов: 47; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20
ступень3:
Передача2-2: зубцов: 12; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20
Колесо: зубцов: 47; шаг (circular pitch): 1.5 мм; угол зацепления: 20

коэффициент для понижения оборотов с мотора на колесах:
9/47*12/47*12/47= 0,01 — 0.01 оборота сделает колесо машинки, когда вал мотора сделает полный оборот.

мотор F130-16155 (6800 оборотов, 4.5В номинальное напряжение): 6800×0,01=68 оборотов на колесе; при напряжении 9.32В на свежих батарейках, наверное, будет побольше, но нагрузка все равно сбавит; рабочий диапазон моторчика 1-5В, но вроде ничего не сгорело).

Результат на видео. Проверка с подключенной платой и управлением по вайфаю тоже ок.

  • 8 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Неторопливо переношу некоторые производственные посты на ресурс synxronica.com, посвященный робототехнике и микропроизводству, по приглашению юзера lonely_war . Там вообще атмосферно и уютно, но больше всего понравились гидравлические манипуляторы на шприцах и самодельных редукторах, которые как-нибудь будет очень неплохо повторить и развить.

  • 15 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Красивые редукторы не тянут конструкцию

С наскока на заработало, придётся разбираться.

  • 4 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

превращается редуктор. в Робота Машинку 2.0!

  • 5 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Очередная версия редуктора, на этот раз полностью на 3д-принтере, в том числе зубы на валу мотора (не 3д: валы, моторчик, винты и батарейки). Очень интересное опыт: повозил мышкой на компьютере, через 40 минут получил готовое изделие, что-то не совпало на долю миллиметра — повозил еще немного и через 40 минут исправленная версия. Иногда деплой нового кода на сервер может занимать сравнимое время.

Все детали напечатаны на 3д-принтере Picaso 3D Designer, шестеренки 100% заполнение, самое высокое качество, остальные детали на средних настройках. Валы с лыской справляются отлично.

На этот раз решил провести минимальные расчеты: валы должны вращаться «нормальной» скоростью (можно быстро, но не бешено, как предыдущие версии), обойтись минимальным количеством шестеренок и при этом уместиться в форм-фактор старой машинки (размер колес+расстояние между ними).

Остановился на моторе F130-08450 6В 2800 оборотов в минуту (здесь подробные характеристики:
http://www.zip-2002.ru/?z=html&separ=108/): из доступных вариантов он, как минимум, достаточно медленный, чтобы можно было понизить его скорость примерно до 200 оборотов (на моторчиках-редукторах pololu от старой машинки 80 оборотов) всего через 2 ступени шестеренок (9 зубов на моторе, 61 зуб на первой передаче =>

400 оборотов, дальше 13 зубов на 2й ступени первой передачи, 27 зубов на валу колеса =>

200 оборотов на колесе) и при этом не вылезти за размеры колес (чтобы понижать скорость вращения на целевом валу нужно или увеличивать количество зубов, т.е. увеливать размер шестеренки, или добавлять дополнительные ступени к редуктору). Тягу пока вообще не обсуждаем.

Но с покупными компонентами не бывает так, чтобы можно было просто взять их и купить. Вот и F130-08450 6В не оказалось ни в одном оффлайн-магазине в Нижнем Новгороде: в В 1ом.su нет (на сайте есть, в магазине нет), на радиодетали-нн.рф нет (на сайте «на заказ» значит производство крупной партии), на chip-nn.ru нет (только другие модели), в хоббисервисе нет (такими моторчиками вообще не торгуют), на радиорынке нет (у одного мужика напротив киоска с ардуинами есть на витрине, но в реале они закончились, другие киоскеры решили прогулять работу именно в тот день, когда я решил приехать). Да и в интернете не сказать, что моделька распространенная. Нашел в Уфе, подождем, пока приедет.

Есть множество вариантов один-в-один по внешнему виду (серия F130 и серия F280), но другие модели — другие обороты, в основном от 6тыс/мин, т.е. слишком быстро для уже напечатанного рудуктора, поэтому на видео редуктор так и крутит как бешеный с мотором примерно 6000 оборотов.

  • 4 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Внезапно выяснилось, что на 3д-принтере можно печатать сносные шестеренки. Исходя из ряда соображений, которые сейчас лень формулировать, я почему-то считал, что на 3д-принтере мелкие шестеренки печатать бесполезно и всю зыбкую надежду в этом вопросе возлагал только на лазер. Однако сейчас, на некоторое время получив в распоряжение замечательный Picaso 3D Designer родом из Зеленограда (покупайте 3д-принтеры Picaso 3D Designer у наших друзей из комании Аватек!), не удержался и распечатал несколько колесиков для редуктора, результат см. ниже (в действии еще не пробовал). Отсюда вывод: нужно меньше размышлять и больше пробовать.

Да, шестеренка на валу мотора тоже распечатана на 3д-принтере и, в отличии от вырезанной лазером из оргстекла, сидит на нем плотно без риска развалиться:

  • 6 comments
  • Leave a comment
  • Share
  • Flag

Очень опасался, что история с выпиливанием лыски на стальном валу (чтобы не проскальзывали колеса и шестеренки) привычно превратится в очередную эпопею с поиском сервисов, подходящего оборудования, непонимающими менеджерами, пробами и ошибками. Но на этот раз все благополучно завершилось внезапно быстро: у Петра Доронина дома o_O оказался токарно-фрезерный станок и он нарезал на валах нужные площадки сразу после того, как пришла посылка с Алиэкспреса.

Точность спила, похоже, не идеальна, но на глаз уже вижно, что для пластиковых шестеренок и колесиков для игрушки пойдет.

Проектирование и изготовление редуктора посредством аддитивного производства для мобильных робототехнических систем

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 08.05.2021 2021-05-08

Статья просмотрена: 18 раз

Библиографическое описание:

Силюнин, В. А. Проектирование и изготовление редуктора посредством аддитивного производства для мобильных робототехнических систем / В. А. Силюнин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 19 (361). — С. 41-45. — URL: https://moluch.ru/archive/361/80827/ (дата обращения: 07.11.2021).

В данной статье представлена разработка и изготовление планетарного и циклоидального редуктора для испытательного стенда мобильной робототехнической системы. Механические компоненты были задуманы с возможностью использования аддитивного производства и готового оборудования, чтобы ограничить затраты и время, затрачиваемые на создание прототипов.

Ключевые слова: электромеханический привод; аддитивное производство; планетарный редуктор; циклоидальный редуктор.

Для изготовления деталей редукторов необходимо выполнить инженерный расчет. Проектировались два редуктора: планетарный и циклоидальный редукторы.

Проектирование планетарного редуктора

Перед проектированием необходимо выполнить некоторые расчеты, чтобы определить передаточное число или количество зубьев, необходимых для каждой части системы редуктора.

Чтобы зубчатая передача работала должным образом (1), важно, чтобы количество зубьев коронной шестерни равнялось количеству зубцов солнечной шестерни плюс удвоенное количество зубцов планетарной шестерни [1,2].

R = 2 × P + S (1)

Формула (2), которая помогает определить передаточное число для системы:

(R + S) ×Ty = Ts × S (2)

R — количество зубьев коронной шестерни;

S — количество зубьев солнечной шестерни;

P — количество зубьев сателлитов;

Ty — скорость вращения водила;

Ts — скорость вращения солнечной шестерни.

i — передаточное соотношение.

Следующее уравнение позволяет рассчитать скорость вращения солнечной шестерни или водила.

Ty = Ts × [S/(R + S)] (3)

Ts = [(R + S)/S] ×Ty (4)

На основании приведённых формул были полученные результаты, показанные в таблице 1.

Данные полученные при расчетах

Рис. 1. Спроектированный планетарный редуктор

При помощи полученных результатов спроектирован планетарный редуктор для робототехнических систем показанный на рисунке 1. При помощи аддитивных технологий, а именно на 3D-принтере напечатаны шестерни и корпус редуктора, что показано на рисунке 2.

Рис. 2. Нога робота, изготовленная на 3D-принтере

Проектирование циклоидального редуктора

Входной вал приводит в действие эксцентриковый подшипник, который, в свою очередь, приводит в движение циклоидальный диск эксцентричным циклоидальным движением. Периметр этого диска соединен с неподвижной коронной шестерней и имеет ряд штифтов или роликов выходного вала, расположенных через поверхность диска. Эти пальцы выходного вала непосредственно приводят в движение выходной вал при вращении циклоидального диска. Радиальное движение диска не передается на выходной вал [3]. Перед проектированием необходимо провести расчеты, чтобы определить: количество штифтов коронной шестерни (N), количество выступов на циклоидальном диске (n), эксцентриситет (е), диаметр циклоидального диска (d), диаметр штифтов (

). Ниже представлены формулы для расчетов.

В таблице 2 представлены полученные при расчетах значения для дальнейшего проектирования редуктора.

Данные полученные при расчетах

На рисунке 3 представлен спроектированный циклоидальный редуктор по полученным при расчете данным. Редуктор также был напечатан на 3D-принтере

Рис. 3. 3D-модель циклоидального редуктора

Преимущества и ограничения аддитивного производства на 3 D -принтере

При проектировании испытательного стенда широко использовалась 3D печать для сокращения затрат и времени на создание прототипов редукторов. По той же причине, где это было возможно, использовались легкодоступные готовые компоненты.

Использование 3D-печати, как и любой другой производственной технологии, необходимо учитывать, начиная с ранних этапов проектирования механического оборудования. Этот метод предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными технологиями. Во-первых, можно работать с очень сложной геометрией без дополнительных процессов, необходимых для производства. По этой причине можно с самого начала проектировать детали со структурным облегчением, ребрами жесткости и шарнирной трехмерной геометрией, не уделяя чрезмерного внимания ограничению требуемых процессов. Кроме того, количество деталей в сборке может быть значительно уменьшено, поскольку сложные компоненты могут быть изготовлены как одно целое.

Аддитивное производство позволило снизить затраты на изготовление прототипа планетарного редуктора; некоторые детали было бы сложно производить с использованием традиционных технологий, а стоимость одного прототипа была бы очень высокой без преимущества масштабного производства.

При 3D печати можно столкнуться с некоторыми ограничениями при использовании для производства функциональных механических компонентов. Во-первых, механические свойства большинства материалов для печати плохие; прочность на разрыв пластика ABS и PLA составляет порядка 30 МПа с модулем упругости от 1,2 до 3,5 ГПа. Эти свойства относятся к основному материалу и зависят от процесса печати [4, 5]. Твердость поверхности также низкая, и следует избегать высокого контактного давления при соединении компонентов.

Кроме того, некоторые смазочные материалы, обычно используемые для металлических деталей, химически несовместимы с пригодными для печати полимерами. Имеется мало литературы относительно совместимости смазочных материалов с полимерами для печати. Однако, похоже, что большинство минеральных и синтетических масел и смазок имеют тенденцию разрушать PLA и ABS [6]. Погружение образца PLA в силиконовую смазку на неделю не привело к значительному изменению его механических свойств. Поэтому мы решили использовать его в качестве смазки для коробки передач.

Вывод

Планетарный и циклоидальный редукторы были разработаны и изготовлены для мобильной робототехнической системы. Отсутствие гибких компонентов приводит к более высокой жесткости и большей устойчивости к усталостным повреждениям. Дополнительными преимуществами предлагаемой конфигурации являются низкая инерция. В результате достигается хорошая устойчивость к высокому крутящему моменту и высоким радиальным нагрузкам.

Большинство компонентов сборки было произведено с использованием 3D печати, чтобы снизить затраты и быстро изготовить функциональный прототип. В результате мы получили несколько уроков, извлеченных для создания прототипов функциональных механических деталей с помощью недорогих методов аддитивного производства, в частности 3D-печати. Были рассмотрены ограничения материалов с точки зрения плохих механических свойств и химической совместимости со смазочными материалами, а геометрия компонентов была определена с учетом возможностей выбранной технологии производства.

Дальнейшая работа будет включать количественную оценку трения и механической эффективности, как в условиях вспомогательной, так и противодействующей нагрузки, а также сравнение с экспериментальными результатами.