TOPlist
facebook google+ linkedin youtube
header-print
Sekce

Novinky

Jaký je rozdíl mezi pohonem s převodovými koly a přímým pohonem?

31.01. 2018by Admin E-konstruktér

Přečtěte si více o hnací síle robotů a výhodách a nevýhodách těchto dvou metod.

Robotika se v současné době rychle rozvíjí, protože firmy hledají způsoby, jak vytvářet nová řešení pro každodenní problémy. Roboti se stávají stále inteligentnějšími prostřednictvím učebních procesů umělé inteligence (AI), díky své konstrukci jsou stále dynamičtější v pohybu a efektivnější v průmyslových aplikacích. Nicméně pohony se zdají být přehlíženy, pokud jde o jejich potřebu inovace.

Základy pohonů

Pohony jsou součásti odpovědné za zajištění pohybu a pevnosti ve spojích a osách stroje, jako je robot. Klíčovým faktorem pro operace stroje je řídící signál a hnací výkon pro usnadnění pohybu. Je však také nutné převést výkon motoru na využitelné otáčky a točivý moment. Jako příklad uvedeme přehazovačku na jízdním kole. Nemusíte přímo vyvíjet velkou sílu v nohou, abyste mohl/a jezdit na jízdním kole. Převodová kola se používají ke změně točivého momentu potřebného k pohonu kola.

Totéž platí pro robotické pohony, kde tradiční kombinace motoru a převodovky fungují společně pro převedení nižšího točivého momentu motoru k dosažení větší síly v pohybu ramene robota při využitelné rychlosti. Čím složitější je převodový systém (tj. vyšší převodový poměr nebo více převodových stupňů), což je obvykle vyžadováno pro aplikace s vyšším točivým momentem, tím větší bude vůle, která existuje v převodovém systému. Vůle bude mít vliv na přesnost robota a v extrémních případech může dokonce ovlivnit bezpečnost.

Vůle je "mrtvý chod" v systému, také označována jako "vůle" v ozubení. Například při otáčení volantu starého automobilu doleva a doprava při vypnutém motoru u auta bez posilovače řízení můžete v systému pociťovat jakousi "vůli" nebo mrtvý chod, když pohybujete volantem, ale kola se neotáčejí. Je to proto, že v systému řízení je mnoho spojovacích dílů s malou a přijatelnou mírou vůle, které dohromady přispívají k celkově velké vůli v systému, kterou již můžeme rozpoznat.

 

Je velmi obtížné eliminovat vůli v převodovém systému a je to téměř nemožné u vícestupňových převodovek. Převody musí být vyrobeny s velmi těsným uložením nebo tolerancí, což může být nákladné. Navíc těsné tolerance způsobují vysoké tření, nebo je zapotřebí mechanismus, který udržuje ozubená kola v těsném záběru v celém rozsahu jejich točivého momentu.

Flexibilní převodové systémy, jako vlnová převodovka (také zvaná „harmonická" převodovka), nabízejí další způsob, jak eliminovat vůli, protože převodovka obsahuje několik pružných součástí, které pohlcují „mrtvý chod" (vůli). Bohužel to může vést k potenciální nestabilitě a velmi obtížnému řazení zpětného chodu.

Převodové pohony jsou vhodné pro aplikace s nižšími otáčkami, protože umožňují motorům pracovat při vysokých otáčkách a nižším točivém momentu s přijatelnou účinností. To také umožňuje, aby tento systém používal v současnosti běžné motory s relativně nízkým točivým momentem (slabší motory).

Nejzákladnějším typem ozubeného kola je čelní ozubené kolo, ve kterém zuby v převodovce přicházejí s každým záběrem do přímého kontaktu, což způsobuje vysokou hlučnost a vede k opotřebení a časté potřebě mazání. Problém vysoké hlučnosti vedl k vytvoření ozubeného kola se šikmým ozubením, které umožňuje zubům přicházet do záběru pozvolněji. Když změníme převodové poměry k zesílení točivého momentu, je to možné provést na úkor snížených otáček. Je to proto, že motor pohánějící převodovku sníží své výstupní otáčky, aby došlo k zesílení točivého momentu. To je důvod, proč jsou hlavy ozubených kol často označovány jako reduktory otáček.

Přímý pohon

V přímém pohonu je tradiční převodovka odstraněna. Vyžaduje to však, aby motor v přímém pohonu dokázal produkovat dostatečně nativní točivý moment při využitelných otáčkách (tj. nikoliv tisíce, nýbrž několik stovek otáček za minutu). Výhody přímého pohonu jsou nesčetné a představují dlouhodobý sen výrobců robotů.

Přímý pohon nemá žádnou vůli, protože nemá žádná ozubená kola; torzní tuhost poskytuje velmi vysokou přesnost. Přímý pohon je také plně ovladatelný při zpětném chodu, čímž poskytuje velké výhody pro spolupracující roboty, které musí být přemisťováni a polohováni člověkem. Kromě toho jejich vysoká odolnost proti nárazům je činí velmi vhodnými pro robotické exoskeletony a chodící roboty, kde náraz z chůze může poškodit ozubená kola.

Rovněž nepřítomnost převodovky znamená, že nepůsobí setrvačná síla, což představuje z hlediska bezpečnosti v robotech a strojích významnou výhodu. Pokud auto začne na volnoběh sjíždět z kopce, vlivem vytvořené setrvačnosti se jen obtížně rychle zastaví. Podobná věc nastává u převodovky: Pokud máte motor, který běží při otáčkách 4000 ot./min a převodovku s převodovým poměrem 100:1, okamžité zastavení není možné. Převodovka potřebuje čas na zpomalení.

Výhody se také rozšiřují o implementaci robotických řešení. Vůle v převodových systémech často vyžaduje složité programování s cílem pomoci při zlepšování přesnosti ke kompenzaci "mrtvého chodu" v soukolí. To vyžaduje čas a často potřebu neustálé opětovné kalibrace. Dochází k poškození ozubených kol a kola musí být vyměňována nebo mazána, což zvyšuje náklady na údržbu.

Další výhodou jsou pořizovací náklady. Odstraněním převodovky je přímý pohon opravdu jen motorem, spíše než kombinací motoru a převodovky. To přispívá k okamžitým úsporám nákladů. Vzhledem k tomu, že náklady na pohon se snižují, robotika se začíná blížit k bodu zlomu. To urychlí přijetí robotů nejen pro průmyslové využití, ale i pro spotřebitele a mimo průmyslové použití jako například ve zdravotní péči.

V pohonech se využívají nové vlastnosti, které umožňují fungování robotické konstrukce bez převodových kol. Funkce, které můžete najít v přímém pohonu, jsou:

Zesílený magnetismus: Podívejte se na jedinečné konfigurace, které zvyšují efektivní sílu standardních permanentních magnetů.

Strukturální magnetická synergie: Obrovské magnetické síly produkované zesíleným magnetismem by způsobily zhroucení konvenční konstrukce motoru. Tato nová úroveň magnetického výkonu vyžaduje mechanickou strukturu, která je dostatečně pevná, aby odolala výsledným silám, ale dostatečně lehká, aby poskytla nejvyšší poměr točivého momentu vzhledem ke hmotnosti.

Termodynamická anomálie: Teplo je omezujícím faktorem v každém elektromagnetickém zařízení. Kombinace prvních dvou základních objevů poskytuje tenkou, lehkou strukturu, která umožňuje odvod tepla. Účinný odvod tepla tak umožní, aby váš pohon pracoval při mnohem vyšších úrovních výkonu než konvenční motor.

Jaký je rozdíl mezi pohonem s převodovými koly a přímým pohonem?

Jak bylo uvedeno výše, hlavními rozdíly mezi těmito dvěma systémy jsou jejich náklady a výkonnost při použití v robotech. Přímé pohony, jako například LiveDrive, úplně odstraňují nutnost ozubeného soukolí, což vede k nižší celkové hmotnosti a potřebě méně pohyblivých dílů. Jsou to komponenty, které mohou být vyrobeny s nízkými náklady – jejich náklady jsou o více než 50 % nižší než náklady u tradičního převodového pohonu.

Odstranění převodového systému také odstraňuje vůli, která má významný dopad na přesnost. Řešení s přímým pohonem mohou poskytnout nejvyšší úroveň přesnosti a torzní tuhosti na trhu. Dalším klíčovým prvkem zlepšení je schopnost zpětného chodu pohonu. Mohou také poskytovat tento výkon při mnohem vyšších otáčkách, protože ze systému jsou také odstraněny charakteristiky redukční převodovky.

Technologie pohonu zůstala po více než 50 let nezměněna. Jejich nedostatečná přesnost v pohybu a těžkopádný design brzdil jejich potenciál. Neprovedení reengineeringu systému pohonů, kromě snížení nákladů a složitosti ovládání, zpomalilo přijetí robotů na spotřebitelských trzích. Eliminace převodovky a neustále se vyvíjející technologie související s přímými pohony řeší tyto problémy, což zase zlepšuje jejich výkonnost a dostupnost na trhu.

zdroj: machinedesign.com

Mechanická vůle: kolik je příliš mnoho?

Deset základních tipů pro revize a údržbu průmyslových převodovek

hodnocení

Diskuze

Newsletter

Chcete dostávat novinky emailem?