Che cos'è un cuscinetto a ralla?Si tratta di un cuscinetto di grande diametro che sopporta contemporaneamente carico assiale, carico radiale e momento di inclinazione durante la rotazione di una struttura rispetto a un'altra. In un robot, si trova solitamente nella base, nella spalla o nell'articolazione della piattaforma girevole. Se si cerca di recuperare la ripetibilità persa, un cuscinetto ad anello di rotazione per la robotica è uno dei primi elementi da controllare, perché ogni piccolo errore in quell'articolazione viene moltiplicato per la portata del braccio.
In breve: il gioco meccanico causa un errore dipendente dalla direzione, l'eccentricità assiale e la planarità di montaggio causano un errore dipendente dall'inclinazione, e tutti e tre aumentano con la lunghezza del braccio. È necessario valutarli insieme, non considerare ciascun valore singolarmente. Questo articolo mostra come fare, utilizzando un esempio pratico e una checklist da utilizzare prima della validazione del prototipo.
Come il gioco, l'eccentricità assiale e la planarità di montaggio si combinano nell'errore di posizione dell'effettore finale
Ogni errore si manifesta nel braccio in modo diverso. Il gioco assiale è la perdita di movimento nella direzione di rotazione. L'eccentricità assiale è l'oscillazione dell'anello rotante lungo l'asse. La planarità di montaggio indica quanto bene la superficie di supporto permette all'anello di posizionarsi correttamente. L'effettore finale rileva la somma di tutti questi errori.
La geometria di base è semplice. L'errore di punta è approssimativamente l'errore angolare in radianti moltiplicato per la distanza tra il giunto e la punta dell'utensile. Un piccolo angolo diventa grande rapidamente su un braccio lungo.
| fonte dell'errore | Come raggiunge il punto di appoggio dell'utensile | Schema di errore | Valore illustrativo* | Errore di punta a 1.200 mm di estensione* |
|---|---|---|---|---|
| Gioco (di accoppiamento degli ingranaggi o gioco interno) | L'angolo di rotazione si perde quando si inverte la direzione. | Si manifesta all'inversione; cambia con la direzione del carico | 0,05° (circa 0,00087 rad) | circa 1,05 mm |
| Eccentricità assiale | L'anello rotante inclina il braccio mentre ruota | Ciclico con angolo di rotazione | 0,05 mm su un diametro di misura di 400 mm (circa 0,000125 rad) | circa 0,15 mm |
| planarità di montaggio | L'anello viene tirato fuori dal piano tramite bulloni, aggiungendo un'inclinazione fissa e una distorsione della pista di rotolamento. | Offset fisso più eccentricità extra | 0,10 mm su una distanza di 400 mm (circa 0,00025 rad) | circa 0,30 mm |
| pila nel caso peggiore | Somma cinematografica dei tre | Combinato | - | circa 1,50 mm |
*Questi numeri sono un esempio di calcolo, non specifiche del prodotto. Sostituiscili con i tuoi valori misurati o ricavati da un disegno.
Da questa tabella emergono due insegnamenti. Primo, in questo esempio il gioco meccanico è predominante, rappresentando circa il 70% della somma. Secondo, gli errori di inclinazione sono piccoli singolarmente ma non sono gratuiti, e una superficie di montaggio scadente ha un doppio effetto negativo: aggiunge un'inclinazione fissa e aumenta l'eccentricità.
Le problematiche si differenziano anche per la loro correggibilità. Gli errori di eccentricità e planarità si ripetono a ogni angolo, quindi la calibrazione può compensarne una parte. Il gioco meccanico in un movimento di inversione è molto più difficile da compensare, perché dipende dalla direzione del carico, dall'usura e dall'attrito.
Cosa influisce realmente ogni specifica e dove "più restrittivo" smette di essere utile
Un numero più basso su una scheda tecnica non è automaticamente sinonimo di migliore. Ogni parametro ha un costo, e questo costo si ripercuote in qualche altro punto del processo.
| Parametro | Che effetto ha sul robot | Compromesso di spingerlo più stretto | Migliore vestibilità |
|---|---|---|---|
| Gioco | Errore di inversione, assestamento, ricerca del limite di ciclo nel circuito di controllo | Una minore distanza tra i componenti aumenta l'attrito, la coppia assorbita e il calore, e può accelerare l'usura. | Prelievo e posizionamento, ispezione e posizionamento di precisione con frequenti inversioni |
| Eccentricità assiale | Altezza e inclinazione dell'utensile che variano con l'angolo del giunto | Le pendenze più ripide costano di più e richiedono una superficie di montaggio più rigida e piatta per essere vantaggiose. | Braccia alte o con una portata elevata, compiti guidati dalla vista |
| planarità di montaggio | Inclinazione fissa, distorsione della pista di rotolamento, distribuzione non uniforme del carico | La rettifica o la lavorazione della base aggiunge costo; una base sottile può comunque flettersi | Qualsiasi giunto in cui i bulloni fissano l'anello a un telaio fabbricato |
| Precarico / gioco interno | Rigidità di inclinazione e gioco sotto carico di momento | Un precarico maggiore conferisce un movimento più rigido ma aumenta la coppia di avviamento. | Giunti con grande momento ribaltante dal braccio |
Una distinzione è importante per gli acquirenti. Un cuscinetto da solo ha gioco interno, mentre una ghiera di rotazione con ingranaggi o un azionamento di rotazione aggiungono gioco di ingranamento in cima. Quando un fornitore cita "gioco", chiedete a quale si riferisce. Per i giunti con ingranaggi, unUnità di rotazioneCombina cuscinetto, ingranaggio e alloggiamento, permettendo di specificare l'intera catena in un unico sistema.
Anche il tipo di cuscinetto influisce sulla rigidità dell'inclinazione.Cuscinetti volventi a rulli incrociatiVengono comunemente scelti quando sono importanti sia le dimensioni compatte che la rigidità al momento flettente. I tipi a sfera possono essere adatti a carichi più leggeri. La scelta giusta dipende dal carico di momento flettente, che solo la geometria del braccio può indicare.
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Come il carico, il tipo di ingranaggio e l'ambiente influenzano il budget di errore
La precisione del catalogo viene misurata in condizioni predefinite. Il vostro robot aggiunge carico di momento, variazioni di temperatura, polvere e migliaia di cicli di lavoro. Queste condizioni influenzano i valori.
Il carico di momento inclina elasticamente l'anello
Il braccio e il carico utile creano un momento ribaltante. Sotto l'effetto di questo momento, l'anello e la sua struttura di montaggio si flettono, pertanto l'inclinazione sotto carico può essere maggiore rispetto all'inclinazione misurata a riposo. In conclusione: dimensionare l'anello e la base per il caso di braccio esteso e carico utile completo, non per il caso di carico leggero. Il limite: se il carico utile e la portata sono ridotti, questo effetto può essere trascurabile rispetto al gioco meccanico.
Il tipo di ingranaggio determina il comportamento del gioco.
UNTrasmissione a vite senza finepuò essere autobloccante, mantenendo la posizione quando l'alimentazione è interrotta. Ciò aiuta un giunto stazionario sotto carico esterno. È meno adatto quando è necessaria un'elevata efficienza o una rapida inversione di marcia.Doppia trasmissione a vite senza fineUtilizza due viti senza fine e può essere regolato per recuperare il gioco, motivo per cui è consigliabile prenderlo in considerazione quando si inverte spesso la direzione di rotazione. Prima di affidarsi a questo sistema, verificare con il fornitore il metodo di regolazione effettivo.
Cambiamenti di abbigliamento, polemiche sulla vita
Il gioco meccanico non è fisso. Aumenta con l'usura dei fianchi degli ingranaggi e la polvere o l'umidità ne accelerano il processo. I nostri azionamenti di rotazione sono offerti con grado di protezione fino a IP66 e classificazione anticorrosione fino a C4H, con materiali come acciaio legato, ghisa sferoidale e acciaio inossidabile scelti in base al carico, alla velocità e all'ambiente di lavoro. Se il robot opera in un ambiente soggetto a lavaggi frequenti o all'aperto, questa scelta influisce sulla durata della precisione, non solo sulla durata del pezzo.
Cifre di precisione reali ricavate dal lavoro dei nostri clienti.
Questi casi non riguardano bracci robotici, ma mostrano come la precisione angolare viene specificata nella pratica:
- Un produttore sudcoreano di attrezzature portuali ha effettuato un ordine ripetuto di 20 unità di riduttori a vite senza fine WEA9-62-25HR per sistemi di gru portuali, con precisione di tracciamento di 0,15° o migliore, grado di protezione IP65 e autobloccante.
- Un produttore di attrezzature forestali della Columbia Britannica ha ordinato 30 unità di riduttori a doppia vite senza fine WED14-86-25BHR.5 per macchine a pinza, con una precisione di 0,13° o migliore.
Entrambi mostrano la precisione angolare indicata come requisito a livello di azionamento, insieme al comportamento di tenuta e bloccaggio. Fai lo stesso per il tuo giunto: scrivi l'angolo, la condizione di carico e l'ambiente su una riga della specifica.
Errori comuni e cosa chiedere prima di rilasciare un progetto
La maggior parte dei problemi di ripetibilità è riconducibile al modo in cui sono stati letti i valori, non a un componente difettoso. Questi sono gli errori che vediamo commettere dagli ingegneri quando confrontano la precisione dei cuscinetti.
- Scelta basata esclusivamente sul diametro di catalogo.Due anelli con lo stesso interasse dei bulloni possono presentare gradi di eccentricità e gioco molto diversi.
- Confrontare numeri misurati in modo diverso.L'eccentricità indicata per un diametro piccolo e quella per un diametro grande non sono uguali. Richiedete il diametro di misura.
- Trattare il gioco assiale come un numero che indica solo la direzione.In un giunto a ingranaggi, l'ingranamento determina la maggior parte dell'errore di inversione.
- Ignorando la superficie di montaggio.Un anello di precisione imbullonato a una saldatura deformata perde la sua precisione. La planarità è parte integrante del sistema di cuscinetti.
- Presupponendo che un valore inferiore sia sempre migliore.Un gioco quasi nullo può causare il surriscaldamento o il blocco di un giunto con un motore piccolo.
Prima della validazione del prototipo, richiedete quanto segue a qualsiasi fornitore:
- Valore del gioco o della tolleranza, con metodo di misurazione, direzione del carico e posizione sull'ingranaggio.
- Valori di eccentricità assiale e radiale, con indicazione del diametro di misura.
- Planarità e sequenza di serraggio dei bulloni richieste per le superfici di montaggio.
- Registri di ispezione. Presso Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd., ogni cuscinetto di rotazione viene sottoposto a ispezione tridimensionale CMM e a test di carico dinamico, e i nostri processi sono conformi al sistema di gestione della qualità ISO 9001:2015. Vedi i nostriControllo qualità dell'azionamento di rotazionepagina che descrive le modalità di esecuzione dell'ispezione.
- Grado di tenuta e materiale scelto in base all'ambiente di utilizzo.
I registri attestano le dimensioni di un componente misurato in fabbrica. Non stabiliscono però come si comporta dopo l'installazione sul telaio, quindi è consigliabile effettuare una verifica anche durante il montaggio.
Una guida passo passo per definire il budget di errore di posizione
- Imposta l'errore di punta consentito.Considera la tolleranza del compito e lascia un margine per gli errori di visione, degli strumenti e dei controlli.
- Convertilo in un angolo.Dividere per la portata massima. Per 0,5 mm a 1.200 mm, l'angolo è di circa 0,0004 rad, ovvero circa 0,024°.
- Assegnalo.Se la giunzione si inverte spesso, attribuisci la quota maggiore al backlash e quote minori alla runout e alla planarità.
- Controlla la base.Verifica la planarità della superficie di montaggio. Se non raggiunge la planarità desiderata, esegui una lavorazione meccanica prima di dare la colpa all'anello.
- Prova sotto carico.Misurare la posizione della punta a massima estensione e a pieno carico, in entrambe le direzioni di marcia.
- Decidete cosa compensare.Mappare gli errori di inclinazione ripetibili nel software. Ridurre il gioco nell'hardware.
Nell'esempio illustrativo sopra riportato, una pila di 1,5 mm nel caso peggiore non raggiungerebbe l'obiettivo di 0,5 mm con un ampio margine. Riducendo solo il gioco da 0,05° a 0,015°, tale termine scenderebbe a circa 0,31 mm, portando il totale a circa 0,76 mm. Per raggiungere 0,5 mm sarebbero necessari anche una migliore planarità e un migliore angolo di concentricità. Questo è il punto di un budget di errore: mostra quale correzione modifica il risultato.
Se il tuo giunto necessita di uno schema di bulloni, un rapporto di trasmissione o un alloggiamento non standard, unUnità di rotazione personalizzatati permette di definirli in base al budget di errore. Il nostro MOQ per i prodotti standard è di 1 set e il MOQ per i prodotti personalizzati è di 5 set. Offriamo prototipazione rapida in 3 giorni, una proposta tecnica entro 24 ore e un ciclo di produzione standard di 9 giorni, in modo che un'unità di prova non debba ritardare il tuo programma di validazione. Offriamo una garanzia di qualità estesa di 2 anni e una risposta tecnica entro 48 ore. Per le esigenze di cuscinetti lisci, sfoglia il nostroCuscinetto di rotazioneallineare.
Quando invii una richiesta, includi la portata del braccio, il carico utile, il carico di momento, il ciclo di lavoro, l'ambiente di lavoro e l'errore di punta desiderato. Con queste sei informazioni, i nostri ingegneri potranno rispondere con una proposta su misura anziché con un preventivo generico.
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