Réducteur planétaire pour l'automatisation industrielle : 7 facteurs de performance clés

Sur un portique pick-and-place, un servomoteur de 750 W fonctionnant à 3 000 tr/min doit délivrer 25 à 30 Nm au niveau de l'arbre de sortie et s'arrêter à moins de 0,05 mm de sa position apprise, 90 fois par minute, trois équipes par jour. Le variateur fournit la vitesse et la boucle de régulation. Le réducteur planétaire boulonné sur la bride du moteur décide si ce 0,05 mm est toujours de 0,05 mm après douze mois de production ou s'il s'est ouvert jusqu'à 0,4 mm.

Cinq facteurs de performance déterminent le résultat : le jeu et la rigidité en torsion, la densité de couple mesurée par rapport au facteur de service réel, la perte d'efficacité par étage et la chaleur qu'elle génère, la durée de vie des roulements de sortie sous charge radiale et l'ensemble d'étanchéité et de lubrification adapté à l'environnement de l'usine. Si vous en jugez mal deux sur la feuille de dimensionnement, l'axe est repensé dans l'atelier plutôt que sur papier.

Shanghai SGR Heavy Industry Machinery Co., Ltd., connue sous le nom de SGR , construit des réducteurs planétaires, des réducteurs à vis sans fin à double enveloppe et des réducteurs combinés pour l'automatisation industrielle et les machines lourdes. Les critères ci-dessous sont donc rédigés en fonction de ce qui tombe réellement en panne, s'use ou dérive sur une ligne de roulement.

Ce qu'un réducteur planétaire apporte à un axe automatisé

Un réducteur planétaire multiplie le couple et divise la vitesse d'entrée en partageant la charge sur trois engrenages planétaires ou plus qui entrent en contact simultanément avec le planétaire et la couronne interne, et ce maillage simultané génère tous les avantages et tous les pièges de dimensionnement qui s'ensuivent.

Un réducteur planétaire est un réducteur coaxial dans lequel un planétaire central entraîne plusieurs engrenages planétaires montés sur un support rotatif ; les planètes roulent à l’intérieur d’une couronne dentée, de sorte que la charge transmise est divisée entre plusieurs paires de dents au lieu d’une seule maille.

Trois conséquences comptent sur un axe automatisé :

• Le rapport par étage va de 3:1 à environ 10:1, donc deux étages atteignent environ 100:1 et trois étages atteignent 1 000:1 dans un boîtier plus court qu'une unité hélicoïdale comparable.
• Le partage de la charge sur trois à cinq engrenages planétaires réduit la force exercée sur chaque paire de dents, ce qui augmente la densité de couple et la rigidité en torsion et réduit le bruit produit par une conception à maille unique.
• Les arbres d'entrée et de sortie se trouvent sur la même ligne centrale, de sorte que l'unité se monte directement sur un servomoteur sans déplacer l'axe de la machine.

Ces mêmes propriétés créent les modes de défaillance. Une unité dimensionnée selon un couple moyen à elle seule percera ses dents planétaires bien avant que le roulement de sortie n'atteigne sa durée de vie nominale.

Jeu et rigidité en torsion : le premier facteur de performance

Le jeu angulaire est le jeu angulaire mesuré au niveau de l'arbre de sortie lorsque l'entrée inverse la direction, et il se convertit directement en erreur de positionnement : 1 minute d'arc équivaut à environ 0,15 mm sur un bras de 500 mm, 3 minutes d'arc équivaut à 0,44 mm et les 8 à 12 arcmin d'une unité industrielle à usage général sont égales à 1,16 mm ou plus.

La norme ISO 1328-1:2013 définit les niveaux de précision des engrenages de 0 à 12, et les ensembles planétaires de qualité automatisée sont normalement coupés au niveau 6 ou au niveau 7, ce qui permet une garantie de 3 arcmin sans rodage manuel de chaque unité. Un ensemble de niveau 5 peut être commandé pour 1 arcmin, à un prix plus élevé et un délai de livraison plus long.

La rigidité est la seconde moitié de la même spécification. Le jeu vous indique la distance parcourue par l'axe avant que le chemin de charge ne s'engage ; la rigidité en torsion, exprimée en Nm par arcmin, vous indique dans quelle mesure elle dévie une fois la charge appliquée. Les deux numéros appartiennent à la feuille de sélection, et l'interaction entre eux sur un axe d'asservissement est examinée dans cette revue de déterminants du jeu dans le positionnement robotique .

Densité de couple, facteur de service et sélection du rapport

Dimensionnez un réducteur planétaire sur le couple maximal plutôt que sur le couple nominal, car un axe servo applique régulièrement 200 % à 300 % du couple nominal pendant quelques centaines de millisecondes lors de l'accélération et du freinage. Une évaluation qui couvre uniquement le couple continu percera les dents des planètes au cours de la première année d'une machine à cycle élevé.

Appliquez un facteur de service d'au moins 1,5 pour l'automatisation en une seule équipe et de 2,0 pour un service 24h/24 et 7j/7, puis vérifiez le résultat par rapport au ratio dont vous avez réellement besoin. Le rapport, la classe de jeu et le nombre d'étapes ne sont pas des choix indépendants : l'ajout d'une étape pour atteindre un rapport plus élevé coûte environ 3 points de pourcentage d'efficacité et ajoute du jeu à chaque maillage.

Réducteur planétaire à couple élevé série N Examinez cette unité de la série N pour faire correspondre le facteur de service, le rapport, le jeu et le nombre d'étages avant de confirmer le couple maximal et les calculs de service ISO 6336. Voir le produit →

Lorsque le cycle de service comprend des inversions fréquentes ou une inertie réfléchie élevée, confirmer le couple maximal, le nombre de cycles de pointe par heure et les facteurs de sécurité des pieds et des flancs de dent calculés selon la norme ISO 6336 avant l'émission de la commande.

Efficacité, chaleur et cycle de service

Chaque étage planétaire perd environ 2 à 3 % de la puissance qui le traverse, donc une unité à un étage restitue environ 97 %, deux étages environ 94 % et trois étages environ 91 %. Le pourcentage manquant ne disparaît pas ; il quitte le boîtier sous forme de chaleur.

Les valeurs thermiques sont indiquées pour une température ambiante définie, généralement 40 degrés, et une position de montage définie. Une unité thermiquement adéquate dans l'air immobile peut surchauffer à l'intérieur d'une enceinte scellée, et un facteur de service plus élevé est la solution la moins chère : elle sélectionne la taille de cadre suivante, ce qui augmente la surface rayonnante avant d'augmenter considérablement le coût.

Durée de vie des roulements de sortie, charges radiales et interface de montage

Le roulement de sortie, et non les dents de l'engrenage, est le premier composant à manquer de marge sur un axe entraîné par courroie, par chaîne ou par pignon. La durée de vie des roulements catalogue est calculée selon la norme ISO 281 et est normalement indiquée comme un indice L10 de 20 000 heures à charge nominale, le point auquel 90 % d'une population survit à cette durée.

Réducteur planétaire à couple élevé monté sur base coaxiale série N Considérez cette unité coaxiale montée sur base lorsque la durée de vie du roulement de sortie, la charge radiale, la charge axiale et les démarrages par heure régissent l'axe entraîné. Voir le produit →

Donnez au fabricant trois chiffres : la charge radiale et son point d'application le long de l'arbre de sortie, la charge axiale et le nombre de démarrages par heure. Une charge radiale appliquée 25 mm plus loin que prévu peut réduire de moitié la durée de vie calculée du roulement.

Environnement, Etanchéité et Lubrification

La classe de protection et la lubrification sont décidées par l'usine et non par la page du catalogue. IP65 selon CEI 60529 est le minimum pratique en présence de lavages, de poussières ou de fines métalliques.

• Les unités scellées avec graisse à vie suppriment les vidanges d'huile mais ont une limite thermique continue inférieure à celle des cadres lubrifiés à l'huile de même taille.
• Les unités lubrifiées à l'huile fonctionnant avec de l'huile pour engrenages minérale ou synthétique conforme à la norme ISO VG 220 supportent mieux des vitesses plus élevées et un service continu, au prix d'un intervalle de vidange d'huile.
• Les secteurs de l'alimentation, de la pharmacie et de l'emballage spécifient généralement des lubrifiants enregistrés NSF H1, qui doivent être choisis avant l'assemblage de l'unité plutôt qu'après.
• Les températures ambiantes extrêmes, inférieures à moins 10 ou supérieures à 45 degrés, modifient le choix du lubrifiant et peuvent nécessiter un chauffage ou un ventilateur.

Une séquence de sélection en six étapes pour les machines automatisées

Faites correspondre la boîte de vitesses au cycle de service en six étapes et enregistrez le numéro derrière chaque étape afin qu'un changement ultérieur puisse être attribué à une décision plutôt qu'à une supposition.

Réducteur planétaire pour applications d'entraînement d'orientation Utilisez ce réducteur planétaire pour faire correspondre les étapes du cycle de service ; si une vérification échoue, envisagez un cadre plus grand avant de passer à un rapport inférieur. Voir le produit →

Si une étape échoue, augmentez la taille de l'image avant de passer à un rapport inférieur ; le surdimensionnement du cadre est réversible, le sous-dimensionnement du rapport ne l'est pas.

Le jeu, la densité de couple, l'efficacité, la durée de vie des roulements et l'étanchéité sont les cinq facteurs qui séparent un réducteur planétaire conservant une tolérance pendant une décennie d'un autre qui devient un élément du journal de maintenance. Spécifier les cinq par rapport au cycle de service réel prend un après-midi ; leur correction après la mise en service nécessite un arrêt.