Přesné převodovky se často vyskytují v robotických a automatizačních aplikacích. Zde se etablovaly dva druhy převodovek – cykloidní a planetové. Kvůli odlišné koncepci převodovek musí konstruktéři pohonů v mnoha případech zvažovat dané přednosti i nevýhody pro stanovení optimálního řešení. Marcus Löw, obchodní manažer Nabtesco Precision Europe GmbH, vysvětluje rozdíly mezi oběma typy převodovek.
Cykloidní převodovka
Cykloidní převodovky využívají dvoustupňové konstrukce a skládají se ze čtyř prvků: vstupní hřídele, dvou až tří excentrických hřídelí, dvou vačkových kotoučů a výstupní hřídele. V prvním stupni se otáčivý pohyb servomotoru přenáší prostřednictvím vstupní hřídele na čelní ozubená kola. Otáčky se snižují v závislosti na převodovém poměru vstupní hřídele a čelních ozubených kol. Čelní kola jsou usazena na excentrických hřídelích, které jsou vůči sobě otočeny o 180 stupňů. Tyto excentrické hřídele pohání přes ložiska oba vačkové kotouče. Excentrické hřídele jsou na vstupní a výstupní straně uloženy v ložiscích a podle velikosti převodovky jsou použity dvě nebo tři.
Pro druhý stupeň převodu je na vnitřní straně tělesa vytvořen vačkový profil odpovídající vačkovým kotoučům. Prostřednictvím čepů, které jsou umístěny mezi vačkovými kotouči a vačkovým profilem v tělese, se otáčivý pohyb valivě přenáší na výstupní hřídel. Pokud u excentrických hřídelí proběhne jedna celá otáčka, otočí se vačkové kotouče mimo středově o jedno dělení, přičemž všechny křivky vačkového kotouče se dotýkají čepů a odvalují se po nich.
Protože oba vačkové kotouče jsou díky excentrům vzájemně pootočeny o 180 stupňů, je na celém obvodu vačkového profilu zaručen takzvaný zubový záběr. Tím je možné přenášet velmi vysoké točivé momenty s maximální přesností a klidným chodem. Navíc je možné díky oběma převodovým stupňům dosáhnout vysokých převodových poměrů. Cykloidní převodovky umožňují převodové poměry 30:1 až 300:1 bez přídavných předřazených stupňů, které jsou jinak potřebné u planetových převodovek.
Pro cykloidní převodovky je typický přenos síly pomocí čepů, zaručující vysokou účinnost, dlouhou životnost a extrémně malou vůli převodovky. Valivé tření přenosových prvků zaručuje velmi malý moment odtrhu. U RV převodovek Nabtesco používá dvoustupňový princip převodu ( čelní kola i vačkové kotouče), který snižuje vibrace i setrvačné síly a umožňuje větší převody. Téměř stoprocentní kontakt v rámci konstrukce cykloidních čepů a rovnoměrné rozdělení síly uvnitř převodovky navíc dovoluje vysoké zatížení při malé vůli. Díky tomuto jedinečnému uspořádání dosahují RV převodovky Nabtesco vysoké přesnosti, opakovatelnosti a tuhosti. Hystereze při průchodu nulou je tak výrazně menší než jedna úhlová minuta. Symetrické uspořádání a uložení všech hřídelí ve valivých ložiscích zaručuje konstantní provozní chování během životnosti a dovoluje vysoké krátkodobé zatížení. Maximální zatížení je až pětinásobek jmenovitého točivého momentu. Této vlastnosti lze využít například při situacích nouzového zastavení “ nouzový stop“.
Planetová převodovka
Planetové převodovky se skládají v podstatě ze tří konstrukčních prvků – centrálního kola, tří nebo více satelitů a korunového kola. V typické planetové převodovce přenáší centrální kolo pohyb na satelity a ty se pak odvalují ve statickém korunovém kole. Planetová kola jsou namontována na unašeči, který pak otáčky přenáší na výstupní hřídel. Precizní planetové převodovky mají zpravidla jeden nebo dva převodové stupně a umožňují převodové poměry 3:1 až 100:1. Doplněním jednoho nebo více předřazených stupňů je navíc možné celkový převod dále zvýšit což ovšem zvyšuje celkovou úhlovou vůli převodovky.
Na rozdíl od jednoduchého řešení převodu, jako je třeba šneková převodovka, působí u planetové převodovky menší síly na ozubená kola, protože točivý moment je vždy rozdělen na více ozubených kol. Navíc toto rozdělení poskytuje tichý chod a kontinuální přenos síly.
Srovnání obou typů převodovek
Pokud je třeba se rozhodnout mezi cykloidní a planetovou převodovkou, měla by být nejprve vzata v úvahu požadovaná přesnost aplikace. Pokud má vůle a přesnost polohování podstatný význam, pak cykloidní převodovky obecně poskytují lepší výkonové parametry.
Dalším důležitým kritériem je požadovaný převodový poměr. Planetové převodovky nabízejí vysokou škálu různých převodových poměrů v rozmezí 3:1 až 100:1. U cykloidních převodovek se kvůli konstrukci dají jen obtížně dosáhnout převodové poměry menší než 30:1 i když je to principiálně možné. Pokud je však požadovaný převodový poměr vyšší než 30:1, jsou cykloidní převodovky ve výhodě, protože oproti planetovým nepotřebují dodatečný předřazený stupeň.
Při porovnání rozměrů obou typů převodovek, je zřejmé, že stavební délka planetové převodovky se významně prodlužuje se zvětšováním převodového poměru. Vícestupňové planetové převodovky tak dosahují výrazně delších stavebních délek než cykloidní převodovky, se stejným převodovým poměrem. Cykloidní převodovky zase mají větší průměr při stejném točivém momentu, zato však při výrazně kratší stavební délce.
Problém volby
Kombinace různých požadavků na přesnost, stavební velikost a převodové poměry vyžaduje široké spektrum převodovek na trhu. Pro ideální volbu převodovky, je nezbytně nutné brát v úvahu všechny požadované parametry jednotlivých pracovních cyklů s ohledem na životnost a situace jako je například nouzové zastavení. Proto se musí věnovat mimořádná pozornost specifikacím jednotlivých převodovek. Oblasti použití obou převodovek se překrývají, přičemž cykloidní převodovky mohou v mnoha aplikacích nahradit planetové převodovky.
Použití cykloidních převodovek pro nejrůznější aplikace
Cykloidní převodovky od firmy Nabtesco se používají především v aplikacích, u kterých má být realizováno rychlé a přesné polohování s vysokým zatížením. Podmínky jsou velmi různorodé a proto Nabtesco nabízí široký výběr převodovek s plnou i dutou výstupní hřídelí. Případné předřazené převodovky navíc umožňují montáž i v pravém úhlu vůči motoru. Série RV-E kombinuje RV převodovky s velkými integrovanými radiálně axiálními kuličkovými ložisky. Ta slouží pro zachycení vnějších sil a momentů a činí dodatečné externí ložiskové uložení zcela zbytečným. Tímto Nabtesco nabízí přesné převodovky v kompaktním provedení s extrémní tuhostí a dlouhodobě konstantním provozním chováním. Konstrukční řada RV-C se vyznačuje stejnými kvalitativními parametry jako série RV-E. Navíc však tyto převodovky disponují velkoryse dimenzovanou dutou hřídelí, která umožňuje vedení napájecích a datových kabelů.
Autor: Marcus Löw, Nabtesco Precision Europe GmbH