Поворотный кольцевой подшипник для робототехники и обеспечения точности с минимальным люфтом.

Что такое поворотный кольцевой подшипник?Это подшипник большого диаметра, который одновременно воспринимает осевую нагрузку, радиальную нагрузку и момент наклона, когда одна конструкция вращается относительно другой. В роботе он обычно устанавливается в основании, плечевом шарнире или шарнире поворотного стола. Если вы стремитесь к снижению повторяемости, подшипник поворотного кольца для робототехники — одно из первых мест, куда следует обратить внимание, поскольку каждая небольшая ошибка в этом шарнире умножается на радиус действия манипулятора.

Краткий ответ: люфт вызывает погрешность, зависящую от направления, осевое биение и плоскостность крепления вызывают погрешность, зависящую от наклона, и все три параметра увеличиваются с длиной рычага. Необходимо учитывать их все вместе, а не рассматривать каждое значение по отдельности. В этой статье показано, как это сделать, на примере и с помощью контрольного списка, который можно использовать перед проверкой прототипа.

Как люфт, осевое биение и плоскостность крепления в совокупности приводят к ошибке позиционирования концевого манипулятора

Каждая ошибка влияет на работу манипулятора по-разному. Люфт — это потеря хода в направлении вращения. Осевое биение — это колебание вращающегося кольца вдоль оси. Плоскостность крепления — это то, насколько хорошо опорная поверхность позволяет кольцу располагаться ровно. Конечный исполнительный механизм видит весь результат.

Базовая геометрия проста. Погрешность на конце инструмента приблизительно равна угловой погрешности в радианах, умноженной на расстояние от шарнира до точки приложения силы. Небольшой угол быстро увеличивается на длинном рычаге.

Источник ошибки	Как он попадает в точку инструмента	Шаблон ошибки	Иллюстративная ценность*	Погрешность на кончике при вылете 1200 мм*
Люфт (зацепление шестерен или внутренний зазор)	Угол поворота теряется при изменении направления.	Появляется при изменении направления вращения; изменяется в зависимости от направления нагрузки.	0,05° (примерно 0,00087 рад)	около 1,05 мм
Осевое биение	Вращающееся кольцо наклоняет рычаг при его вращении.	Циклический с углом поворота	0,05 мм при диаметре измерения 400 мм (примерно 0,000125 рад)	около 0,15 мм
Плоскостность монтажа	Кольцо выводится из плоскости болтами, что приводит к фиксированному наклону и деформации дорожки качения.	Фиксированное смещение плюс дополнительный вылет	0,10 мм на участке 400 мм (примерно 0,00025 рад)	около 0,30 мм
Наихудший сценарий стека	Линейная сумма трех	Объединенный	-	около 1,50 мм

*Эти цифры являются иллюстрацией математических расчетов, а не техническими характеристиками изделия. Замените их своими собственными измеренными значениями или значениями, указанными на чертеже.

Из этой таблицы можно извлечь два урока. Во-первых, в этом примере преобладает люфт, составляющий около 70% всей конструкции. Во-вторых, ошибки наклона сами по себе невелики, но они не бесплатны, а некачественная монтажная поверхность вредит вдвойне: она добавляет фиксированный наклон и увеличивает биение.

Различия в способах устранения дефектов также заключаются в сложности калибровки. Биение и ошибки плоскостности повторяются при каждом угле наклона, поэтому калибровка позволяет частично их устранить. Люфт при реверсивном движении компенсировать гораздо сложнее, поскольку он зависит от направления нагрузки, износа и трения.

На что на самом деле влияет каждая спецификация и где ужесточение требований перестает помогать.

Меньшее число в таблице данных не означает автоматически лучшее качество. Каждый параметр имеет свою стоимость, и эта стоимость проявляется в другом месте соединения.

Параметр	На что это влияет в роботе	Компромисс при более жёстком сжатии.	Лучший вариант
Обратная реакция	Ошибка реверсирования, установление состояния, колебания предельного цикла в контуре управления.	Уменьшение зазора увеличивает трение, крутящий момент и нагрев, а также может ускорить износ.	Перемещение, контроль качества и точное позиционирование с частыми реверсами.
Осевое биение	Изменение высоты и наклона инструмента в зависимости от угла сочленения.	Более жесткие профили стоят дороже и требуют более жесткой и плоской поверхности для крепления, чтобы оправдать затраты.	Вытянутые руки или руки большой длины, задачи, требующие визуального контроля.
Плоскостность монтажа	Фиксированный наклон, деформация кабельного канала, неравномерное распределение нагрузки	Шлифовка или механическая обработка основания увеличивают стоимость; тонкое основание все равно может прогибаться.	Любое соединение, где болты скрепляют кольцо с изготовленной рамой.
Предварительная нагрузка / внутренний зазор	Жесткость при наклоне и люфт под воздействием моментной нагрузки	Более высокое предварительное натяжение обеспечивает более жесткое движение, но увеличивает пусковой крутящий момент.	Суставы с большим опрокидывающим моментом от руки

Для покупателей важно одно различие. Сам по себе подшипник имеет внутренний люфт, в то время как зубчатое поворотное кольцо или привод поворота добавляют к этому зазор в зацеплении. Когда поставщик говорит о «люфте», уточните, что именно он имеет в виду. В случае зубчатых соединений...Поворотный приводОна объединяет подшипник, шестерню и корпус, поэтому вы можете заказать всю цепь целиком.

Тип подшипника также влияет на жесткость при наклоне.Поворотные подшипники с перекрестными роликамиШариковые типы обычно выбирают, когда важны как компактные размеры, так и жесткость на изгиб. Шариковые типы подходят для более легких нагрузок. Правильный выбор зависит от момента нагрузки, который может определить только геометрия рычага.

Как нагрузка, тип шестерни и условия окружающей среды влияют на допустимую погрешность

Точность каталога измеряется в заданных условиях. Ваш робот добавляет к этому моментную нагрузку, перепады температуры, пыль и тысячи рабочих циклов. Эти условия влияют на результаты.

Моментная нагрузка упруго наклоняет кольцо.

Рычаг и полезная нагрузка создают опрокидывающий момент. Под действием этого момента кольцо и его монтажная конструкция изгибаются, поэтому наклон под нагрузкой может быть больше, чем наклон, измеренный в состоянии покоя. Вывод: размер кольца и основания следует выбирать для случая с выдвинутым рычагом и полной полезной нагрузкой, а не для случая с небольшой нагрузкой. Предел: если полезная нагрузка и вылет стрелы невелики, этот эффект может быть незначительным по сравнению с люфтом.

Тип шестерни определяет характер люфта.

АЧервячный привод поворотаМожет быть самоблокирующимся, удерживающим положение при отключении питания. Это помогает неподвижному соединению под внешней нагрузкой. Менее подходит в случаях, когда требуется высокая эффективность или быстрое обратное вращение.Двойной червячный поворотный приводИспользуется с двумя червячными передачами, и его можно настроить для компенсации зазора, что является причиной для его рассмотрения при частом изменении направления движения. Перед тем как полагаться на этот метод, уточните у поставщика фактический способ регулировки.

Изменения, связанные с износом, негативно сказываются на жизни.

Люфт не является фиксированным. Он увеличивается по мере износа боковых поверхностей шестерен, а пыль или влага ускоряют этот процесс. Наши поворотные приводы предлагаются с защитой до IP66 и антикоррозионными свойствами до C4H, при этом материалы, такие как легированная сталь, высокопрочный чугун и нержавеющая сталь, выбираются в зависимости от нагрузки, скорости и условий эксплуатации. Если ваш робот работает в условиях мойки или на открытом воздухе, этот выбор влияет на то, как долго сохранится точность, а не только на срок службы детали.

Реальные точные данные, полученные в ходе работы с нашими клиентами.

Эти примеры не относятся к роботизированным манипуляторам, но они демонстрируют, как на практике определяется угловая точность:

• Южнокорейский производитель портового оборудования разместил повторный заказ на 20 единиц одночервальных поворотных приводов WEA9-62-25HR для портовых крановых систем, обеспечивающих точность слежения 0,15° или лучше, степень защиты IP65 и самоблокировку.
• Производитель лесозаготовительной техники из Британской Колумбии заказал 30 единиц двухчервячных поворотных приводов WED14-86-25BHR.5 для грейферных машин с точностью 0,13° или выше.

В обоих случаях указана угловая точность, требуемая на уровне привода, а также герметичность и надежность фиксации. Сделайте то же самое для вашего соединения: укажите угол, условия нагрузки и окружающую среду в одной строке спецификации.

Распространенные заблуждения и что следует запросить перед утверждением дизайна.

Большинство проблем с повторяемостью связаны с тем, как считывались показания, а не с дефектом детали. Именно такие ошибки мы видим у инженеров при сравнении точности подшипников.

• Выбор осуществляется только по диаметру, указанному в каталоге.Два кольца с одинаковым диаметром расположения болтов могут иметь совершенно разные показатели биения и зазора.
• Сравнивать числа, измеренные по-разному.Указанное биение при малом диаметре и биение при большом диаметре не равны. Уточняйте диаметр измерения.
• Рассматривать люфт как показатель, характеризующий только подшипник.В зубчатом соединении большая часть ошибки реверсирования определяется зацеплением.
• Не обращая внимания на монтажную поверхность.Прецизионное кольцо, прикрепленное болтами к деформированной сварной конструкции, теряет свою точность. Плоскостность является неотъемлемой частью подшипниковой системы.
• Исходя из предположения, что чем ниже значение, тем лучше.Практически нулевой зазор может привести к перегреву или заклиниванию шарнира при работе с маломощным двигателем.

Перед проверкой прототипа запросите у любого поставщика следующее:

1. Значение люфта или зазора с указанием метода измерения, направления нагрузки и положения на шестерне.
2. Значения осевого и радиального биения, а также диаметр измерения.
3. Требуемая плоскостность и последовательность затяжки болтов для монтажных поверхностей.
4. Протоколы контроля качества. В компании Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. каждый поворотный подшипник проходит трехкоординатный контроль на координатно-измерительной машине и испытания на динамическую нагрузку, а наши процессы соответствуют системе управления качеством ISO 9001:2015. См. нашиКонтроль качества поворотного приводаСтраница с описанием процедуры проверки.
5. Степень герметизации и материал, выбранный для вашего помещения.

Документация подтверждает, какие параметры детали были измерены на заводе. Она не показывает, как она ведет себя после установки на раму, поэтому запланируйте проверку и на вашей собственной сборке.

Пошаговый способ построения бюджета ошибок позиционирования

1. Установите допустимую погрешность чаевых.Примите во внимание допустимые отклонения для данной задачи и оставьте запас на случай ошибок, связанных с визуальным восприятием, инструментами и системами управления.
2. Преобразуйте это в угол.Разделите на максимальную дальность действия. Для 0,5 мм на расстоянии 1200 мм угол составляет примерно 0,0004 рад, или около 0,024°.
3. Выделите его.Если соединение часто меняет направление, наибольшую долю следует отвести люфту, а меньшие доли — биению и плоскостности.
4. Проверьте основание.Измерьте плоскостность монтажной поверхности. Если она не соответствует норме, обработайте её на станке, прежде чем винить кольцо.
5. Испытание под нагрузкой.Измерьте положение наконечника при полном вылете и полной нагрузке в обоих направлениях движения.
6. Определите, что именно нужно компенсировать.Программное обеспечение позволяет выявлять повторяющиеся ошибки наклона. Это позволяет уменьшить люфт в аппаратном обеспечении.

В приведенном выше показательном примере, в худшем случае, при точности 1,5 мм, результат будет значительно отличаться от целевого значения в 0,5 мм. Уменьшение люфта с 0,05° до 0,015° снизит этот показатель примерно до 0,31 мм, что приблизит общее значение к 0,76 мм. Для достижения точности в 0,5 мм также потребуется улучшенная плоскостность и уменьшение биения. В этом и заключается смысл оценки погрешности: она показывает, какое исправление влияет на результат.

Если для вашего шарнира требуется нестандартная схема расположения болтов, передаточное число или корпус, то...Специализированный поворотный приводЭто позволяет вам определить эти параметры в рамках допустимой погрешности. Минимальный объем заказа для стандартной продукции составляет 1 комплект, а для индивидуальных заказов — 5 комплектов. Мы предлагаем быстрое прототипирование за 3 дня, техническое предложение в течение 24 часов и стандартный производственный цикл за 9 дней, поэтому тестовый образец не должен задерживать ваш график валидации. Мы предоставляем расширенную 2-летнюю гарантию качества и технический ответ в течение 48 часов. Для подшипников скольжения ознакомьтесь с нашим ассортиментом.Поворотный подшипникдиапазон.

При отправке запроса укажите вылет стрелы, полезную нагрузку, моментную нагрузку, рабочий цикл, условия окружающей среды и целевую погрешность при опрокидывании. Имея эти шесть параметров, наши инженеры смогут ответить вам подходящим предложением, а не стандартной ценой.