Témata
Reklama

Regulované úhlové pohony s vysokou účinností

23. 11. 2005

Pomocí kuželových převodovek spojených s integrovaným měničem frekvence je možné zřetelně zvýšit účinnost a životnost úhlových pohonů.

Pro změnu směru působení síly a optimální začlenění pohonových jednotek do strojů a zařízení se převážně používají úhlové převody. Při malých výkonech jsou často používány šnekové převody, které mohou dosahovat vysokých převodových poměrů a vyznačují se také dobrým tlumením. Tento druh převodu se však vyznačuje značným opotřebením a úhlovou vůlí. Důsledkem toho je nižší účinnost ve srovnání s jinými konstrukcemi. Rostoucí společenská poptávka po ekologických výrobních a dopravních postupech a současně s tím požadavky krátkých dodacích termínů podmiňují stále více používání vysoce dynamických, ale přesto energeticky efektivních řešení pohonů. Tento příspěvek popisuje nový přístup k řešení těchto úkolů. Pomocí kuželových převodovek spojených s integrovaným měničem frekvence je možné zřetelně zvýšit účinnost a životnost. S ohledem na používání pohonů ve vysoce dynamických aplikacích bude věnována pozornost definované úhlové vůli a volbě geometrie ozubení.
Reklama
Reklama
Reklama

Stav techniky a požadavky na úhlové převodovky

Převodovky s ozubenými koly, které mění směr působení síly o 90°, je možné realizovat s mnoha druhy ozubení. K nejdůležitějším ozubením se dnes počítá:
  • kuželové ozubení;
  • hypoidní ozubení;
  • ozubení Spiroplan;
  • šnekový převod.
  • Kromě co největšího převodového poměru patří k typickým požadavkům na úhlové převodovky především malé opotřebení a vysoká účinnost. Ze znázornění na obr. 1 vyplývá, že jednotlivé požadavky splňují uvedené druhy ozubení v různé míře.
    Pohony s malým hnacím výkonem a s převodovým poměrem až asi i = 70 mohou být realizovány pomocí jednostupňové převodovky s použitím ozubení Spiroplan nebo se šnekovým soukolím. Zvláště u šnekového převodu je známo, že v závislosti na převodu mohou mezi kolem a šnekem vznikat kluzné pohyby s vysokou vzájemnou rychlostí. Tyto okolnosti je možné názorně vysvětlit rozvahou o poměrech při záběru (obr. 2). Z geometrických poměrů plyne, že se v převodu vyskytuje relativní rychlost vg ve směru šířky zubů, která je větší než obvodová rychlost šneku v1. Kluzný pohyb, který přitom vzniká, způsobuje při vyšším převodovém poměru větší ztráty výkonu, a tím snižuje celkovou účinnost převodového stupně. Naproti tomu u kuželových převodů jsou rychlostní poměry při záběru zubů zcela jiné. Podobně jako u čelních převodových stupňů mají vektory obvodových rychlostí v bodě styku čar odvalování na hnacím i hnaném kole stejný směr, takže mezi boky zubů nedochází ke kluznému pohybu. Výsledkem je lepší účinnost. Možný rozsah převodových poměrů v jednom převodovém stupni je ale menší.

    Předpoklady pro zvýšení účinnosti

    Požadavek dosažení optimální účinnosti i při malých převodových poměrech úhlových převodovek vedl u Lenze k vývoji řady převodovek typu GKR (obr. 3).
    Tato konstrukční řada převodovek pokrývá rozsah točivých momentů až do 450 Nm. Konstrukční uspořádání je znázorněno na obr. 4. Je tvořena v zásadě kombinací prvního převodového stupně s čelním ozubením a z kuželového soukolí, které tvoří druhý převodový stupeň. Pro zjednodušení montáže je mimo převodovku předem smontován hřídel kuželového pastorku s čelním kolem prvního převodového stupně a je pak našroubován do skříně jako kompletní jednotka. Kromě optimalizace účinnosti kuželového ozubení bylo při vývoji nutné najít optimální kompromis mezi mezními kritérii vysoké únosnosti v definovaném rozsahu momentů, nízké úrovně hluku a nízkého zkrutu. Při návrhu ozubení byla únosnost a nízká hladina hluku zajištěna patřičně vysokým trváním záběru, šikmým ozubením a korekcemi profilu, přizpůsobenými zatížení.
    Aby nedocházelo k odírání boků zubů v ozubených převodech, byla konstrukčně zabezpečena minimální zubová vůle mezi ozubenými koly, která do sebe zabírají. Velikost zubové vůle však ovlivňuje značně celkovou úhlovou vůli, a tím konečně také dynamické chování pohonu. U převodovek GKR byla dosažena malá zubová vůle použitím tvrzených přesně opracovaných ozubených kol. Kromě toho byly všechny spoje hřídel - náboj provedeny jako lisovaná spojení. Tato opatření umožnila dále optimalizovat hysterezní chování převodovek a zvýšit jejich vhodnost pro aplikace s řízením polohy. Další specifické vlastnosti převodovek GKR jsou uvedeny v tabulce.
    Ostatní výhody zde popisovaného vývojového řešení vyplynou z použití měniče frekvence typu 8200 motec, který může být namontován přímo na svorkovnici motoru. Na rozdíl od třífázových motorů připojených přímo na síť umožňují frekvenčně řízené pohony měkký rozběh motoru. Ozubení poháněné převodovky pak není vystaveno momentovým rázům při rozběhu i při zastavování. Tato výhodná vlastnost je dále podporována sníženou zubovou vůlí. Rázové zatížení by vedlo ke zvýšení měrného tlaku na bocích zubů a tím ke zvýšenému tvoření důlků nebo ke snížení únavové pevnosti ozubených kol. Tato rázová zatížení působí negativně také na další součásti pohonu, například na ložiska. Vyloučení rázových zatížení zvyšuje na několikanásobek životnost jednotlivých součástí a tím také celé hnací jednotky. Měnič frekvence dovoluje regulovat otáčky nebo točivý moment pohonu. Komunikační rozhraní umožňuje integrování pohonu do nadřazeného řídicího systému. Tím se pohon může stát součástí soustavy s decentralizovanou automatizační koncepcí.

    Úhlové převodovky v praxi

    Na obr. 5 jsou pohony válečkového dopravníku a dopravního pásu. V obou aplikacích byl v minulosti použit motor se šnekovou převodovkou s výkonem 0,75 kW. Rozběhová účinnost použitého šnekového převodu byla v zaběhnutém stavu asi 0,5. Velká část energie motoru byla tedy použita k pohonu převodovky a nemohla být využita pro vlastní účel pohonu.
    Válečkový dopravník i dopravní pás jsou využívány k dynamickému urychlování, přepravování a opětnému brzdění nádob, palet nebo kusového zboží v třísměnném provozu. Obě aplikace jsou nyní osazeny motory s kuželovou převodovkou typu GKR a se jmenovitým výkonem 0,55 kW. Při stejném převodovém poměru dodává pohon dostatečný točivý moment i při použití menšího motoru. Důležitým argumentem pro použití regulovaných úhlových pohonů byla spotřeba energie. V těchto aplikacích pracuje v průměru osm až deset pohonů v každém segmentu. Při dopravních výkonech v průběhu 220 pracovních dnů vedlo použití kuželových převodovek k významným úsporám energie.
    Dr.-Ing. E. Nitidem
    Reklama
    Vydání #11
    Kód článku: 51119
    Datum: 23. 11. 2005
    Rubrika: Trendy / Pohony
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Místo převodovky řemenové pohony

    Synchronní řemeny se v mnoha průmyslových odvětvích prosazují jako nejlepší volba.

    Lineární vedení NSK s vylepšeným těsněním

    Společnost NSK představila na veletrhu EMO 2019 optimalizovanou řadu válečkového vedení RA s vylepšeným těsněním. Lineární vedení RA jsou vybavena novými těsněními V1 a vylepšeným krytem, které pomáhají prodloužit životnost a spolehlivost obráběcích strojů.

    Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

    Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

    Související články
    Kompaktní pohony s dutou hřídelí

    Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Řemenové převody přinášejí dynamiku do intralogistiky

    Na hannoverském veletrhu se mohli návštěvníci seznámit s inovativními řešeními pro skladovou logistiku, jež vyvinula společnost Continental. Jedná se například o ozubené řemeny Conti Synchrodrive, které nacházejí uplatnění u sloupových zakladačů vysokoregálových skladů, ploché pásy Conti Polyflat pro zdvihací a závěsné systémy či drážkové řemeny Conti Multirib, které se používají v pohonu válečkových tratí.

    Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

    Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

    Inteligentní motor střižený na míru

    Mechatronická pohonná jednotka g350 představuje nový kompaktní mechatronický pohonný balíček, který firma Lenze uvádí na trh ve třech výkonnostních provedeních. Zařízení je koncipováno speciálně pro horizontální přepravní techniku.

    Bezúdržbové klínové řemeny

    U klínových řemenů uživatelé oceňují tichý chod, jednoduchou instalaci a funkci bezpečnostní spojky při přetížení, kterou klínové řemeny plní díky možnosti krátkodobého prokluzu. Nicméně klínové řemeny vyžadují ne vždy levnou a snadnou údržbu. Obzvláště v nepřetržitých provozech či těžko dostupných pohonech se obecné doporučení kontrolovat a dopínat klínové řemeny každých 2 000 provozních hodin obtížně splňuje. Výsledkem bývají ztráty účinnosti, energie a krátká životnost pohonu. Klínové řemeny, jak je známo, bez dopnutí prokluzují. Co ale bývá zanedbáváno, je vliv zvýšených vibrací při nízkém napnutí klínových řemenů. Tyto vibrace mají velmi negativní vliv na životnost ložisek a jiných součástí zařízení. Zde se zaměříme na správnou údržbu a na novinku na trhu – bezúdržbové klínové řemeny.

    Univerzální kyvný pohon

    Modulární, odolný, univerzální – to jsou hlavní vlastnosti nového čtvrtotáčkového pohonu DFPD společnosti Festo. Tento pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem je určen pro splnění nejrůznějších požadavků ve zpracovatelském průmyslu.

    Výpočet zbývající doby běhu valivých ložisek

    Na veletrhu Hannover Messe 2016 představila společnost Schaeffler novou digitální službu – výpočet nominální zbývající doby běhu valivých ložisek v provozu na základě reálného souboru zatížení.

    Certifikace testovacího postupu pro výpočty životnosti valivých ložisek

    Certifikátor Germanischer Lloyd (GL) udělil společnosti Schaeffler osvědčení „Assessment of the method to investigate rolling bearing rating life“ (Posouzení metody zjišťování jmenovité životnosti valivých ložisek). Poprvé tak byl certifikován samotný postup, a ne každý jednotlivý faktor ovlivňující životnost, jak bylo dosud vyžadováno.

    Ložiska pro lineární pohyb

    Během posledních let se neustále zvyšují nároky na moderní lineární technologii, zejména pokud jde o únosnost, tuhost a životnost. Souběžně však rostou rovněž požadavky uživatelů na jednoduchost montáže a snižování nákladů na údržbu. Aby firma SKF dokázala uspokojit všechny tyto požadavky zákazníků, přichází na trh s novou řadou D lineárních kuličkových ložisek LBC.

    EtherCAT pro centrální řízení pohybů

    Při centrálním řízení pohybů se musí v každém cyklu po sběrnici přenášet požadovaná hodnota na připojené pohony. Vlastnosti použitého sběrnicového systému jsou proto rozhodující pro dosažitelnou přesnost a dynamiku koordinovaných pohybů. EtherCAT zde proti konvenčním datovým sběrnicím nebo jiným sběrnicím Ethernet pro průmyslové využití nabízí jasné výhody.

    Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

    V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit