Endüstriyel Robotlar ve Ağır Hizmet Ekipmanları Neden Çift Diskli RV Redüktörleri Tercih Eder?

Birçok mühendis, bir RV redüktör ile ilk kez karşılaştığında aynı soruyu sorar: Tek bir sikloidal disk hız düşürmeyi zaten sağlayabiliyorsa, endüstriyel robotlarda kullanılan RV redüktörler neden neredeyse her zaman iki sikloidal diskle tasarlanır?

İkinci bir diskin eklenmesi daha fazla bileşen, daha karmaşık montaj ve daha yüksek üretim maliyetleri anlamına gelir. Peki bunun sebebi nedir?

Cevap tek bir cümlede özetlenebilir: ikinci disk öncelikle redüksiyon sağlamak için değil; hassasiyeti, stabiliteyi, yük dağılımını ve hizmet ömrünü iyileştirmek için vardır.

Bu makalede, çift diskli konfigürasyonun endüstriyel robotlar, takım tezgâhları, döner tablalar ve diğer ağır hizmet tipi hassas transmisyon sistemleri için neden ana mimari hâline geldiğini açıklamak üzere RV redüktör montaj modelimizi ve hareket simülasyonumuzu kullanıyoruz.

Not: Bu makaledeki sayısal veriler ve görseller simülasyon hesaplamalarına dayanmaktadır ve yalnızca referans amaçlı sunulmuştur.

RV Redüktör Nasıl Çalışır?

RV redüktör veya sikloidal pim çarkı redüktörü, nispeten kısa bir transmisyon zincirine sahiptir.

Giriş mili eksantrik bir mekanizmayı tahrik eder. Eksantrik mekanizma, pim muhafazasının içindeki pimlerle kavraşan sikloidal diskleri taşır. Ortaya çıkan hareket daha sonra çıkış pim mekanizması aracılığıyla çıkışa iletilir.

Aşağıda, 40 pimli pim muhafazası, krank mili, eksantrik rulmanlar, iki sikloidal disk ve çıkış diskini içeren NX montaj modelimizin patlatılmış görünümü yer almaktadır. Modeldeki her bileşen, transmisyon sisteminin mühendislik parametrelerinden doğrudan oluşturulmuştur.

Redüksiyon prensibi basitçe özetlenebilir.

Pim muhafazasında 40 pim bulunurken, sikloidal diskte 39 diş vardır. Krank milinin bir devri sırasında sikloidal disk bir diş konumu kadar geriye hareket eder. Bu nedenle, krank milinin 39 devrinden sonra çıkış bir devri tamamlar:

i = 39

Hareket simülasyonu, bu transmisyon sürecini anlamak için daha sezgisel bir yol sunar.

Tek Diskli RV Redüktördeki Sorunlar Nelerdir?

Sorun 1: Radyal Kuvvet Dengesizliği

Sikloidal disk eksantrik olarak çalışır. Eksantrik kütlesi merkez etrafında dönerken, kavrama yükü de belirli bir sektörde yoğunlaşır.

Sayısal kaldıraç yöntemi hesaplamamızda, 40 pimden 19'u temel yük taşıma koşullarını karşılamakta, analiz edilen koşullar altında ise yaklaşık 15 pim gerçekten yüklenmektedir.

Hesaplama, yükün yaklaşık %90'ının 90°'lik bir sektör içindeki 11 pim üzerinde yoğunlaştığını ve bunun aşağıdaki yük dağılım katsayısını verdiğini göstermektedir:

Kγ = 1.71

Tek diskli konfigürasyonda, bu yoğun yük sektörü eksantrik kütleyle birlikte döner.

Bunun sonucu titreşim, gürültü ve rulman yüklenmesinin artmasıdır.

Ağır hizmet tipi ekipmanlar ve endüstriyel robot eklemleri için bu etkiler giderek daha önemli hâle gelir; çünkü redüktör yüksek tork ve sık hızlanma-yavaşlama altında tekrar tekrar çalışmak zorundadır.

Çift Diskli RV Redüktörün Avantajları

Çift diskli bir RV redüktör, transmisyon içinde eksenel olarak iki özdeş sikloidal disk kullanır.

Disk A +e eksantrikliğinde çalışırken, Disk B −e eksantrikliğinde çalışır. Bu nedenle krank milindeki iki eksantrik bölüm 180° aralıkla konumlandırılmıştır.

Ancak iki özdeş diski yalnızca 180° aralıkla monte etmek yeterli değildir.

Disk B'nin ayrıca belirli bir faz açısıyla döndürülmesi gerekir:

Δφ = −180° / zc = −180° / 39 = −4.615°

Bu ayrıntı, özellikle CAD modelleme ve montaj sırasında önemlidir.

Bir mühendis ilk sikloidal diski basitçe çoğaltır ve iki diski sıfır faz farkıyla monte ederse, pim delikleri doğru şekilde hizalanmaz ve amaçlanan boşluk azaltma etkisi elde edilemez.

Aşağıdaki karşılaştırmanın sol tarafı, pim deliklerinin gözle görülür biçimde hizasız olduğu yanlış 0° faz düzenini gösterir. Sağ taraf ise doğru −4.615° faz düzenini gösterir.

Fayda 1: Atalet Kuvvetlerinin İptali

Disk A +e'de çalışırken, Disk B −e'de çalışır.

Bu nedenle eksantrik kütleler zıt yönlerde hareket eder ve birinci dereceden atalet kuvvetlerinin büyük ölçüde birbirini dengelemesini sağlar.

Bu, titreşimi azaltır ve RV redüktörün daha düzgün çalışmasına yardımcı olur.

Endüstriyel robot eklemleri için bu, çift diskli mimarinin en doğrudan faydalarından biridir.

Daha düşük titreşim ayrıca rulmanlar ve diğer transmisyon bileşenleri üzerindeki dinamik yükleri azaltabilir.

Fayda 2: Ön Yükleme ile Boşluk Azaltılabilir

Çift diskli yapının boşluğu neden azaltabildiğini anlamak için önce boşluğun nereden kaynaklandığını anlamamız gerekir.

Modelimizde, beş ana hata kaynağı kaldıraç tabanlı bir hesaplamayla çıkış açısına dönüştürüldü.

Örnek tolerans koşulları altında, çıkış pim deliği boşluğu hesaplanan toplam boşluğun yaklaşık %48'ini oluşturdu; bu, diğer dört kaynağın birleşik katkısına yaklaşık olarak eşdeğerdi.

Sikloidal diş profili tek başına toplamın yalnızca yaklaşık dörtte birini oluşturdu.

Bu, boşluğun büyük bir kısmının yalnızca sikloidal diş profilinden değil, boşluk zincirinden kaynaklandığı anlamına gelir.

İki sikloidal disk arasındaki faz farkı, bu boşluğun bir kısmını telafi etmenin bir yolunu sunar.

Faz ayarlanarak, bir disk boşluğun bir tarafına dayanırken diğer disk karşı tarafla temas edecek şekilde konumlandırılabilir.

Prensip, ön yüklemeli çift somunlu bilyalı vidanın boşluk önleme mekanizmasına benzer.

Ancak sıklıkla göz ardı edilen önemli bir mühendislik aralığı vardır.

Hesaplamamız yaklaşık olarak aşağıdaki montaj faz aralığını vermektedir:

ε* = 79″

Faz hatası bu aralık içinde kaldığında, boşluk azaltma etkisi etkinliğini korur.

Faz hatası izin verilen aralığı aştığında, iki disk birbirine karşı çalışmaya ve kısmen sıkışmaya başlayabilir. Boşluk azalmaya devam edebilir, ancak aynı zamanda sürtünme ve sıcaklık artışı meydana gelir.

Bu nedenle, çift diskli RV redüktör kabulünde hem boşluk hem de yüksüz tork değerlendirilmelidir.

Bu parametrelerden yalnızca birine bakmak, gerçek montaj kalitesi hakkında yanıltıcı bir izlenim verebilir.

Fayda 3: Yük Paylaşımı

İki sikloidal disk paralel yük yolları sağlar.

İdeal teorik koşulda, her disk transmisyon yükünün yaklaşık %50'sini taşır.

Gerçek bir redüktörde, üretim toleransları ve faz hataları yükün kusursuz biçimde bölünmediği anlamına gelir.

Bununla birlikte, çift diskli konfigürasyon yük yoğunlaşmasını önemli ölçüde azaltır.

Daha fazla diş yük aktarımına katılabilir; bu da temas gerilimini azaltabilir ve aşınma dağılımını iyileştirebilir.

Bu yük paylaşımı özelliği, özellikle yüksek torklu ve uzun hizmet ömrü gerektiren uygulamalarda değerlidir.

Fayda 4: Daha Yüksek Burulma Rijitliği

Çift diskli konfigürasyon ek bir paralel transmisyon yolu oluşturur.

Bu, transmisyon sisteminin etkin burulma rijitliğini artırabilir ve yük altındaki çıkış ucu açısal hareketini azaltabilir.

Kaynak robotları, malzeme taşıma robotları, endüstriyel döner tablalar ve takım tezgâhları gibi uygulamalarda burulma rijitliği özellikle önemlidir; çünkü çıkışın değişen dış yükler altında konumunu koruması gerekir.

Tek Diskli ve Çift Diskli RV Redüktör

Ek sikloidal disk bileşen sayısını ve montaj karmaşıklığını artırır, ancak aynı zamanda kuvvet dengesi, yük paylaşımı, boşluk kontrolü ve burulma rijitliği açısından iyileştirmeler sağlar.

Çift Diskli RV Redüktörler Nerelerde Kullanılır?

Çift diskli RV redüktörler, yüksek tork, yüksek rijitlik, hassas konumlandırma ve uzun vadeli güvenilirlik gerektiren uygulamalarla yaygın olarak ilişkilendirilir.

HONPINE RV redüktörler şu anda ağır hizmet tipi robotik kollar, endüstriyel konumlandırıcılar, endüstriyel döner tablalar ve takım tezgâhı sistemleri dâhil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.

Endüstriyel Robotlar için RV Redüktörler

Endüstriyel robot eklemlerinde öncelik, bir sikloidal diskin maliyetinden tasarruf etmek değildir.

Aşağıdakilerin bir kombinasyonuna ihtiyaç duyarlar:

• Yüksek konumlandırma hassasiyeti

• Yüksek burulma rijitliği

• Düşük boşluk

• Yüksek yük kapasitesi

• Uzun hizmet ömrü

• Kararlı çalışma

• Yüksek güvenilirlik

Çift diskli RV mimarisi üretim ve montaj karmaşıklığı ekler, ancak boşluk azaltma, titreşim kontrolü, yük paylaşımı ve rijitlik açısından faydalar sağlar.

Bu nedenle, faz ön yüklemeli çift sikloidal diskli RV redüktörler endüstriyel robot eklemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tek diskli RV konfigürasyonları daha çok eğitim sistemlerinde, deneysel ekipmanlarda veya rijitlik, titreşim ve uzun vadeli ağır hizmet çalışmasına yönelik gereksinimlerin daha düşük olduğu maliyete duyarlı uygulamalarda bulunur.

Endüstriyel Konumlandırıcılar için RV Redüktörler

Endüstriyel konumlandırıcılar, robot eklemleriyle önemli bir özelliği paylaşır: çıkış mili aynı zamanda eksantrik yüklere ve devrilme momentlerine maruz kalırken, genellikle büyük yükleri taşırlar.

Örneğin bir kaynak konumlandırıcısının, sabit konumlandırmayı korurken iş parçasını döndürmesi gerekir.

Redüktörde aşırı boşluk veya yetersiz burulma rijitliği varsa, hızlanma, yavaşlama, yön değiştirme veya kaynak işleminden kaynaklanan harici yükleme sırasında çıkışta küçük açısal hareketler meydana gelebilir.

Bu nedenle endüstriyel konumlandırıcılarda aşağıdaki unsurlara yakından dikkat edilir:

• Çıkış torku

• Burulma rijitliği

• Boşluk

• İzin verilen devrilme momenti

• Yüksek frekanslı başlatma-durdurma çalışması

• Uzun süreli çalışma ömrü

Bunlar aynı zamanda çift diskli RV mimarisinin önemli mekanik avantajlar sağlayabileceği alanlardır.

Endüstriyel Döner Tablalar için RV Redüktörler

Ağır hizmet tipi endüstriyel döner tablalar, robotik döner tablalar, kaynak tablaları ve hassas konumlandırma tablaları transmisyon sistemi üzerinde benzer talepler oluşturur.

Gereksinim yalnızca tablanın dönmesini sağlamak değildir.

Sistem, büyük bir yükü hedef konuma doğru biçimde döndürmeli ve hareket durduktan sonra sabit konumlandırmayı korumalıdır.

Bu nedenle, döner tabloda kullanılan bir RV redüktör için önemli parametreler şunlardır:

• Boşluk

• Burulma rijitliği

• Eksenel ve radyal yük kapasitesi

• İzin verilen devrilme momenti

• Çıkış torku

• Konumlandırma hassasiyeti

• Uzun vadeli çalışma güvenilirliği

Bu nedenle çift diskli bir RV redüktör, yüksek yük ve sabit konumlandırma gerektiren döner uygulamalar için özellikle uygun olabilir.

Çift Diskli Konfigürasyon Neden Ana RV Mimarisi Hâline Gelmiştir?

RV redüktörün redüksiyon işlevi, sikloidal pim-diş transmisyonundan gelir.

Ek sikloidal disk, redüksiyon oranını temelde oluşturmaz.

Temel değeri, transmisyon sisteminin mekanik davranışını iyileştirmesinde yatmaktadır.

Tek diskli yapı şu temel soruyu ele alır:

Mekanizma hız düşürmeyi sağlayabilir mi?

Çift diskli yapı daha zorlu soruları ele alır:

Titreşimi azaltabilir, yükü dağıtabilir, boşluğu kontrol edebilir, rijitliği artırabilir ve uzun hizmet ömrü boyunca güvenilir şekilde çalışabilir mi?

Bu ayrım, çift diskli RV redüktörlerin endüstriyel robotlarda, takım tezgâhlarında, ağır hizmet tipi döner tablalarda ve diğer hassas transmisyon uygulamalarında neden yaygın olarak kullanıldığını açıklar.

Bu örnekteki küçük −4.615° faz farkı bu nedenle bir CAD montaj ayrıntısından çok daha fazlasıdır. İki sikloidal diski koordineli bir hassas transmisyon sistemine dönüştüren temel faktörlerden biridir.