Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak: welke wint voor SCARA-robotarmgewrichten?

Een compacte SCARA-robotarm die 24/7 pick-and-place uitvoert met een cyclustijd van 0,4 s, een laadvermogen van 2 kg en 3.000 uur continubedrijf, maakt de beslissing over het reductiedeel bedrijfskritisch. Op de schouderas, waar de gecombineerde armmassa en lading het hoogste moment creëren, wordt de harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak De keuze bepaalt de herhaalbaarheid, onderhoudsintervallen en de totale kosten per as.

Wat een SCARA-gewricht van een reducer vraagt

Een SCARA-gewricht heeft een smal werkingsbereik, maar een krap tolerantiebudget. Voordat u harmonische en planetaire ontwerpen vergelijkt, moet u de drie niet-onderhandelbare vereisten definiëren: herhaalbaarheid van de positionering, momentstijfheid en momentaan piekkoppel.

• Speling: 0,1 tot 0,3 boogmin voor de elleboog- en polsas, 0,5 tot 1 boogmin voor de schouder.
• Stijfheid: torsiestijfheid moet bestand zijn tegen door armlengte versterkte trillingen.
• Traagheidsverhouding: de traagheid van de rotor van het reductiemiddel en de traagheid van de gereflecteerde arm beïnvloeden de servo-afstemming.
• Inschakelduur: de meeste SCARA-verbindingen voeren 1 tot 2 miljoen cycli per jaar uit zonder onderhoudsvensters.

Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak: waar Harmonische wint

Voor de elleboog- en polsas zorgt een harmonische aandrijving voor de laagst haalbare speling in een eentrapsunit. De flexibele buitenste spie, of flexspline, vervormt om contact te houden met de cirkelvormige spie, waardoor er vrijwel geen speling ontstaat zonder voorspanningssysteem.

BSHF-serie flexibele tandwielreductoren voor verbindingen met lage speling Dit verloopstuk is ontworpen met een grote holle as en een compact lichaam en biedt een hoog koppel en stijfheid terwijl het gewicht wordt geminimaliseerd, waardoor het ideaal is voor lichtgewicht robotarmen en precisiegewrichten. Bekijk Product →

Harmonische aandrijvingen zijn ook de lichtste manier om hoge reductie te bereiken in een klein bereik. Eén enkele trap levert een verhouding van 50:1 tot 160:1, waardoor een secundaire riem- of tandwieltrap overbodig wordt. Voor een SCARA met een laadvermogen van 2 kg ondervindt de elleboogas verwaarloosbare schokbelastingen, dus de vermoeidheidslimiet van de flexspline is geen beperkende factor bij nominaal gebruik.

Waar een harmonische aandrijving het moeilijk heeft, is de schouderas bij een SCARA van 10 kg of groter. De uit één stuk bestaande flexspline- en lagerconstructie heeft een lagere schoktolerantie dan een geharde planetaire tandwielset. Belastingspieken als gevolg van botsingsdetectie of snel gereedschap aan het einde van de arm kunnen de koppelcapaciteit van de flexspline overschrijden en een permanente verharding veroorzaken.

Waar planetaire versnellingsbakken de harmonische aandrijvingen verslaan

Planetaire versnellingsbakken winnen de schouderas van grotere SCARA-robots omdat ze hoge koppel- en schokbelastingen aankunnen met een tandwielopstelling met gedeelde belasting. Verschillende planeettandwielen delen de belasting, zodat het piekkoppel over veel tandcontactpunten wordt verdeeld.

AHB planetaire versnellingsbakreductor met lage speling en hoog koppel Dit verloopstuk is voorzien van geharde en geslepen spiraalvormige tandwielen en zorgt voor een soepele, stille werking en hoge stijfheid, waardoor het zeer geschikt is voor schouderassen die zware lasten aankunnen en regelmatig achteruit moeten keren. Bekijk Product →

Precisie planetaire reductoren in de AHB-klasse bieden doorgaans een speling van 1 tot 3 boogminuten in standaard precisieversies en 0,5 tot 1 boogmin met een voorgespannen uitgangslager. Door verharding en slijpen zijn de tandflanken van de tandwielen bestand tegen putjes in het oppervlak, zelfs bij frequente start-stop-omkeringen. Precisie planetaire verloopstukken voor robotgewrichten zie dergelijke omstandigheden regelmatig.

De oplossing met minimale voorspanning of lagerring in moderne planetaire eenheden kan de slingering onder de 0,1 mm brengen. Toch zorgen de interne flankspelingen ervoor dat de gemeten speling aan de uitgang vrijwel nooit minder dan 0,5 boogmin bedraagt ​​zonder een geavanceerde rem of dubbele aandrijftrap.

Directe vergelijking: harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbakprestaties

De onderstaande tabel vat de meest relevante statistieken voor SCARA-gewrichtsselectie samen.

Een belangrijk structureel verschil: harmonische aandrijvingen vertrouwen op de afbuiging van de flexspline om tandwielcontact te genereren, en de belasting wordt tegelijkertijd gedragen door de cirkelvormige spline en de flexspline. Planetaire versnellingsbakken gebruiken drie of vier identieke planeten om de belasting te verdelen, dus een tijdelijke overbelasting is vergevingsgezinder.

Efficiëntie, opwarming en servo-interactie bij continu gebruik

Harmonische aandrijvingen leveren een efficiëntie van 60 tot 75 procent bij een verhouding van 50:1, terwijl planetaire versnellingsbakken gewoonlijk 90 tot 95 procent bereiken bij dezelfde uitgangsverhouding. Het verschil komt tot uiting in de warmteontwikkeling bij SCARA-operaties met continu gebruik. De servomotor moet extra stroom leveren om het hogere nullastkoppel van een harmonische reductor in rust te overwinnen, wat de versterking van de controller beïnvloedt en thermische drift in een compacte arm kan veroorzaken.

ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., dat bouwt onder het merk BEITTO, is herhaaldelijk getuige geweest van deze faalwijze in het veld: een harmonisch aangedreven elleboog die na een dag van twee ploegen de positienauwkeurigheid verliest omdat de temperatuur van de servowikkeling 15 graden Celsius boven de nominale waarde stijgt. Planetaire reductoren blijven, met hun eenvoudiger rolelementverliezen, koeler bij dezelfde inschakelduur.

Beslissingskader voor SCARA-robotbouwers

Selecteer het type reducer door een evaluatieproces in vijf stappen te implementeren.

1. Definieer het gezamenlijke herhaalbaarheidsbudget op basis van het SCARA-productspecificatieblad.
2. Bereken het piek- en continue koppel op basis van motorselectie en armdynamisch model.
3. Meet de vereiste marginale stijfheid ten opzichte van de armlengte.
4. Zorg ervoor dat de reductieverhouding overeenkomt met het nominale toerental en koppelvenster van de servomotor.
5. Vergelijk de schokbelastingsclassificatie voor het specifieke gereedschap aan het uiteinde van de arm en de strategie om botsingen te vermijden.

Een algemene regel uit de praktijk: als het koppel op de schouderas groter is dan 40 Nm en de robot geen strikte cleanroom-toepassing uitvoert, is de planetaire optie de veiligere ontwerpkeuze. Voor een SCARA met een laadvermogen van 5 kg bieden harmonische aandrijvingen op de elleboog en pols een lichtere, eenvoudigere arm met minder schakeltrappen.

TD-CR-serie spiraalvormige kegeltandwielcommutator met holle asuitgang Dit verloopstuk heeft een ontwerp met holle as voor flexibel routeren en zorgt voor een soepele, efficiënte krachtoverbrenging met lage speling en hoog koppel, ter ondersteuning van configuraties met meerdere assen in compacte systemen. Bekijk Product →

Veel integrators in China en Europa bouwen hybride SCARA-architecturen: een planetair verloopstuk op de schouder, twee harmonische aandrijvingen op de elleboog en pols. Deze aanpak houdt het armgewicht laag terwijl de hoofdruimte op de schouder behouden blijft. De TDCR-serie reducer met enkele ingang en meerdere uitgangen kan ook modules met meerdere assen bedienen, waardoor het aantal componenten in een compacte robotarm wordt verminderd.

Veelgestelde vragen: Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak voor SCARA