Supporto tecnico per riduttori

Sì, i nostri riduttori planetari e i nostri riduttori a stadi consentono il funzionamento in entrambi i sensi di rotazione.

Se la massima coppia continua prodotta dal motore attraverso il riduttore viene considerata per ogni rapporto di trasmissione, molti rapporti supereranno di gran lunga il valore nominale della coppia del riduttore. Se dovessimo progettare ogni riduttore per resistere alla coppia totale prodotta da questa combinazione, gli ingranaggi interni del riduttore dovrebbero essere fortemente modificati (faccia anteriore più larga, passo di diametro maggiore, materiali differenti, ecc.). Il risultato di tutto questo sarebbe un prodotto molto più largo e molto più costoso che vanificherebbe gli sforzi per avere «potenza e prestazioni nel pacchetto più piccolo possibile».

Generalmente i riduttori planetari vengono utilizzati quando sono richieste coppie elevate in uno spazio ridotto, mentre i sistemi con riduttori a stadi sono usati quando sono richiesti un basso consumo di corrente, una bassa rumorosità ed elevata efficienza. Nel caso dell’impiego di riduttori planetari i compromessi da fare sono un consumo di corrente più elevato, una minore efficienza e una maggiore rumorosità.

Per fare un esempio generalizzato, presupponiamo che la combinazione di motore e riduttore 1724T012SR + 16/7, 43:1 sia utilizzata con 12 Volt applicati sui terminali del motore e che si desideri una coppia di 71 mNm sull’albero di uscita del riduttore.

Secondo la scheda tecnica, un riduttore 16/7 con un rapporto di trasmissione di 43:1 ha un rendimento del 70%. Questo vuol dire che il 30% della coppia sviluppata dal motore andrà persa nel riduttore. Il metodo più semplice per tener conto delle perdite del riduttore consiste nell’aumentare la coppia richiesta della giusta misura e nel fare i calcoli come se il riduttore fosse efficiente al 100%. In questo caso andiamo ad aumentare del 30% la coppia richiesta sull’albero di uscita del riduttore ottenendo così una coppia (a scopo di calcolo) di 92 mNm.

Coppia totale = 71mNm x 1,3  = 92 mNm.

Quindi, la coppia rimandata al motore è semplicemente la coppia totale divisa per il rapporto di trasmissione:

Coppia del motore = 92 mNm / 43 = 2,1 mNm

La costante di coppia del motore è la costante di proporzionalità che definisce il rapporto tra la coppia sull’albero motore e la corrente nelle bobine del motore. In questo caso la costante di coppia del motore 1724T012SR è pari a 14,3 mNm/A; ossia per ciascun 1 A nelle bobine del motore quest’ultimo produrrà una coppia di 14,3 mNm. Qui il valore reciproco della costante del motore è di 0,070 A/mNm. Dato che abbiamo già calcolato che la coppia sull’uscita dell’albero motore è pari a 2,1 mNm, possiamo prendere il valore reciproco della costante di coppia per calcolare la corrente del motore legata al carico esterno:

Corrente = 0,070 A/mNm x 2,1 mNm = 147 mA

Il motore ha un leggero attrito interno che genera una corrente corrispondente necessaria per superare la resistenza di attrito. Questa corrente viene definita come corrente a vuoto. In quel caso, il valore è pari a 8 mA (indicazione presa dalla scheda tecnica). Dato che il motore necessita di 147 mA per azionare il carico esterno e di 8 mA per la sua frizione interna, la corrente totale richiesta per questa applicazione sarebbe di 155 mA.

La velocità di un motore C.C. è una funzione lineare del carico che sta facendo muovere. La costante di proporzionalità che mette in relazione la velocità del motore con la coppia di carico del motore è la pendenza della curva coppia/velocità. Tale pendenza viene calcolata dividendo la velocità a vuoto indicata (velocità alla tensione nominale e zero carico esterno) per la coppia di stallo (velocità zero e massima coppia). Nella fattispecie del motore 1724T012SR, la pendenza della curva coppia/velocità viene calcolata come riportato di seguito:

Pendenza = DY/DX = -7900 rpm / 10,5 mNm = -752 rpm / mNm

Tener conto che la pendenza della linea ha un valore negativo che indica che all’aumentare del carico del motore aumentano anche le perdite di velocità. In questo caso, abbiamo calcolato un carico del motore di 2,1 mNm. La perdita di velocità del motore dovuta a questo carico di coppia esterno sarà la seguente:

Perdita di velocità: -752 rpm / mNm x 2,1 mNm = -1.579 rpm

In assenza di carico sull’albero motore, il motore avrà una velocità di 7.900 giri/min. Con un carico di 2,1 mNm, il motore perderà 1.579 giri/min dal valore a vuoto. Pertanto, in questa applicazione la velocità del motore si ottiene in questo modo:

Velocità del motore = 7900 giri/min - 1579 giri/min = 6321 giri/min

La velocità del motore sull’albero di uscita del riduttore sotto carico si ottiene semplicemente dividendo la velocità del motore per il rapporto di trasmissione. In questo caso:

Velocità di uscita = 6321 giri/min  / 43 =  147 giri/min

Dato che abbiamo già tenuto conto delle perdite di potenza nel riduttore all’inizio dell’esercizio, ora possiamo tralasciare questo fattore.

Se hai bisogno di aiuto per far funzionare la tua applicazione specifica non esitare a contattarci.

Per i nostri micromotori è disponibile una gamma completa di riduttori planetari e a stadi. Salvo alcune eccezioni, gli ingranaggi di ingresso della maggior parte dei riduttori sono in plastica al fine di ridurre il rumore ad alta velocità. Per applicazioni con coppia elevata offriamo stadi di ingresso completamente in metallo. Oltre alla nostra gamma di prodotti standard, offriamo numerose opzioni per soddisfare le esigenze applicative individuali.

Durante la scelta di un riduttore, occorre tener conto che la scelta del riduttore influirà non solo sulla velocità di uscita e sul livello di coppia sull’albero di uscita. Tra gli aspetti di cui tener conto troviamo:

Gioco: il gioco è una caratteristica costruttiva del riduttore e del treno di ingranaggi che consente uno spazio di movimento dell’albero senza attrito in entrambi i sensi di rotazione. Può essere dovuto a tolleranze troppo generose nella progettazione dell’ingranaggio, all’usura dei denti nel corso del tempo, a lievi errori di lavorazione durante il processo di taglio dell’ingranaggio, ecc. Viene misurato sull’albero di uscita del riduttore e generalmente può variare da 1 a 7 gradi. Il gioco dipende dal carico e cresce all’aumentare del carico. Il gioco può comportare errori significativi sul sistema di posizionamento e pertanto deve essere compensato.  Generalmente gli encoder ad albero vengono installati sull’albero motore e non sull’albero di uscita di piccoli motoriduttori DC. Ciò significa che la posizione dell’armatura del motore può differire dalla posizione attesa dell’albero di uscita del riduttore di un valore pari al gioco nell’ingranaggio. A seconda della risoluzione dell’encoder e del rapporto del riduttore, 3 gradi sull’albero di uscita di un riduttore potrebbero voler dire centinaia di impulsi dell’encoder. Ad esempio, se si utilizza un encoder ad albero da 512 impulsi e si ha un rapporto di trasmissione di 43:1, un gioco di 3 gradi sull’albero di uscita del riduttore potrebbero comportare fino a 183 impulsi di errore sistematici dell’encoder.

Il gioco può essere eliminato in una direzione applicando una tensione di carico sull’albero prima di iniziare un movimento. In caso di applicazioni bidirezionali più dinamiche, il gioco può essere compensato elettronicamente usando un encoder assoluto esterno per il confronto con l’encoder ad albero. L’elettronica di controllo del movimento può essere programmata per correggere l’errore di posizione. FAULHABER offre anche riduttori senza gioco angolare che consentono di eliminare il gioco meccanicamente. Si tratta di riduttori a stadi a doppio treno in cui i singoli treni sono precaricati gli uni rispetto agli altri eliminando così il gioco dell’albero. Richiedete la consulenza di un ingegnere applicativo FAULHABER per scoprire come eliminare il gioco nella vostra applicazione.

La scelta dei cuscinetti: generalmente i cuscinetti a sfera sono richiesti in applicazioni con elevati carichi radiali e assiali sull’albero. Ad ogni modo, occorre tener presente che, in alcuni casi, l’impiego di cuscinetti a sfera potrebbe far aumentare la rumorosità. Per le specifiche sui carichi dell’albero, consultare la scheda tecnica del riduttore. I cuscinetti sinterizzati sono disponibili per applicazioni con coppia ridotta caratterizzate da bassi carichi radiali dell’albero e caratteristiche di carico costanti. I cuscinetti in ceramica costituiscono un’alternativa per applicazioni sensibili ai costi, in cui il focus è sulla durata prolungata e sulle capacità di carico radiali. FAULHABER ha sviluppato una serie brevettata di cuscinetti a manicotto in ceramica. Grazie a questi sistemi di cuscinetti, l'utente può aumentare i carichi radiali oltre i livelli consentiti dai tradizionali sistemi di cuscinetti in bronzo sinterizzato. Oltretutto, il costo dei cuscinetti in ceramica è decisamente inferiore rispetto a quello dei cuscinetti a sfera.

È necessario prestare attenzione quando si esegue il piantaggio di componenti sull'albero di uscita di un riduttore. Raccomandiamo di non superare le specifiche relative alla forza di piantaggio riportate sulla scheda tecnica del riduttore. Questo potrebbe comportare danni ai cuscinetti e agli ingranaggi interni stessi. In alcuni casi, i cuscinetti dell’albero del riduttore (solo i cuscinetti a sfera) sono precaricati con una piccola rondella ondulata collocata sotto l’anello di ritegno del cuscinetto. L’eventuale superamento delle specifiche della forza di piantaggio riportate sulla scheda tecnica possono danneggiare la rondella ondulata e annullare il precarico sul cuscinetto. Questo avrà ripercussioni sulle prestazioni del cuscinetto e pertanto va sempre evitato.

Lubrificazione: la lubrificazione dell’ingranaggio e dei cuscinetti può costituire un fattore determinante per le prestazioni del riduttore. Tutti i sistemi di cuscinetti per riduttori e i treni di ingranaggi della marca FAULHABER sono lubrificati a vita. Una rilubrificazione non è necessaria e non è nemmeno consigliata. L’impiego di lubrificanti non approvati applicati sopra o intorno a riduttori o motori può avere effetti negativi sul funzionamento e sulla durata di vita attesa. I lubrificanti standard per i riduttori a ingranaggi sono concepiti per fornire ottime prestazioni di durata di vita con un bassissimo consumo di corrente in condizioni di assenza di carico. Per una durata prolungata e rigorosi requisiti di prestazione, offriamo ingranaggi completamente in metallo e lubrificanti speciali per un funzionamento ad alta intensità. Sono disponibili anche sistemi di ingranaggi con lubrificazione speciale per una gamma di temperatura più estesa e ambienti in condizioni di vuoto. Contatta un ingegnere applicativo di FAULHABER per discutere su come modificare la lubrificazione per requisiti ambientali speciali.

Velocità d’ingresso e senso di rotazione: la specifica della velocità d’ingresso riportata sulla scheda tecnica del riduttore di precisione di FAULHABER corrisponde alla velocità d’ingresso raccomandata per massimizzare la durata di vita del riduttore. Questa specifica non ha lo scopo di limitare i riduttori a velocità di ingresso inferiori rispetto alla specifica. È da considerarsi come un valore medio sicuro per il funzionamento. La vostra applicazione potrebbe non richiedere le massime prestazioni di vita del riduttore, dunque questa specifica della velocità d’ingresso potrebbe essere tranquillamente superata in base ai requisiti di prestazione. Se hai delle domande riguardo alla velocità d’ingresso del riduttore non esitare a contattare il tuo ingegnere applicativo FAULHABER per richiedere supporto. Tutti i riduttori offerti da FAULHABER sono reversibili. Sulle schede tecniche potrebbe essere riportato un simbolo di «uguale» o «diverso». Questo non deve far confondere. Questo vuol dire semplicemente l'albero del riduttore o gira nello stesso senso di rotazione del motore oppure in quello opposto. Se hai delle domande riguardo alle specifiche riportate sulle nostre schede tecniche non esitare a contattare uno dei nostri ingegneri applicativi per richiedere il loro supporto.

Blocco, stallo e retroazione: solitamente non raccomandiamo che i nostri riduttori siano bloccati mentre il motore è sotto tensione. Data l’ampia gamma di rapporti disponibili per i riduttori è altamente probabile che il motore abbia una potenza sufficiente, anche a bassa tensione, per «sopraffare» il riduttore se quest’ultimo è in blocco o in stallo. Questo vuol dire che la coppia generata al livello del motore è sufficiente a spezzare gli ingranaggi degli ultimi stadi del riduttore o addirittura a tranciare l’albero di uscita. Se per arrestare un’applicazione occorre che il riduttore sia bloccato, è necessario studiare attentamente l’impostazione dei limiti di corrente appropriati per l'applicazione.

La retroazione dei nostri riduttori non è raccomandata. La retroazione vuol dire che una coppia viene applicata all’albero di uscita del riduttore, che a sua volta va a retroazionare stadi di ingresso del riduttore. Questo può danneggiare il riduttore in una moltitudine di modi tra cui l’inceppamento o semplicemente la rottura dell’albero di uscita.