Планетарний редуктор для крокового двигуна: будова, розрахунок зусилля і швидкості на рейці

Планетарний редуктор ставлять між кроковим двигуном і шестернею рейки або шківом, коли двигуну не вистачає моменту або вісь з важким порталом погано тримає розгін. Редуктор множить момент і знижує швидкість в одну й ту саму кількість разів, і разом з ними змінюється точність осі. Нижче розібрано, як влаштований планетарний редуктор, як розрахувати зусилля і швидкість осі на рейці і чим він відрізняється від черв’ячного.

Будова і принцип роботи

Вал двигуна обертає центральну, сонячну шестерню. Навколо неї обкочуються три або чотири сателіти, які одночасно входять у зачеплення з нерухомим зубчастим вінцем у корпусі. Осі сателітів закріплені на водилі, а водило і є вихідним валом. Навантаження ділиться між кількома сателітами, тому редуктор компактний при великому моменті, а вхідний і вихідний вали лежать на одній осі.

Передатне число одного ступеня дорівнює 1 плюс відношення кількості зубів вінця до кількості зубів сонячної шестерні. Один ступінь дає 1:3-1:10; більші числа отримують двома ступенями, їхні передатні числа перемножуються.

Редуктори PX57 і PX86

Обидва є в розділі редукторів: планетарний редуктор NEMA 23 і планетарний редуктор NEMA 34. На вихідний вал ставлять шестерню зубчастої рейки, шків ременя або муфту.

Розрахунок: рейка з редуктором 1:4

Вихідні дані: двигун NEMA 23 з моментом 2,2 Н·м на робочій швидкості, шестерня модуля 1,25 на 20 зубів. Ділильний діаметр шестерні 1,25 × 20 = 25 мм, радіус 12,5 мм, за оберт вісь проходить π × 25 = 78,5 мм.

Редуктор утричі з гаком збільшив зусилля і вчетверо зменшив переміщення на крок, але швидкість впала в ті самі 4 рази. Другий наслідок: люфт до 1.2° на вихідному валу дає до 0,26 мм на рейці. Для фрезерного верстата по дереву і плазми це допустимо, для точної обробки люфт вибирають редуктором з меншим люфтом або притисканням шестерні до рейки пружиною.

Інерція навантаження

Редуктор зменшує інерцію навантаження, приведену до вала двигуна, у квадрат передатного числа: при 1:4 у 16 разів. Важкий портал на рейці без редуктора вимагає від двигуна великого моменту на розгін, і кроковий двигун втрачає кроки. З редуктором той самий портал розганяється впевненіше, навіть якщо за зусиллям запас був.

Як обрати передатне число

1. Задайте потрібну швидкість осі і порахуйте оберти вихідного вала: швидкість поділити на шлях за оберт шестерні.
2. Помножте їх на передатне число і перевірте, що двигун на цих обертах ще тримає потрібний момент. Момент крокового двигуна падає зі зростанням обертів, робочу точку беруть з його кривої моменту.
3. Порахуйте зусилля з урахуванням ККД 90% і порівняйте із силою різання і розгону.
4. Перевірте люфт на рейці: радіус шестерні × люфт у радіанах.

Планетарний чи черв’ячний

Планетарний редуктор співвісний і має ККД 90%, він оборотний: зусилля на рейці провертає двигун. Тому на вертикальній осі він не тримає вантаж без струму і без гальма. Черв’ячний редуктор розвертає передачу на 90°, має помітно менший ККД і при великому передатному числі може бути самогальмівним. Для осей на рейці з частими реверсами обирають планетарний.

Монтаж

• Вал двигуна заводять у затискну втулку входу без зусилля, потім затягують хомут через технологічний отвір у фланці і тільки після цього гвинти фланця.
• Шестерню на вихідному валу фіксують шпонкою і гвинтом у торцевий різьбовий отвір.
• У контролері кількість імпульсів на мм множать на передатне число.

Часті запитання

Чи потрібен редуктор на NEMA 17?

Якщо вісь на рейці або ремені не тягне навантаження, редуктор допомагає, але обирають його під фланець 42 мм і вал 5 мм. Перейти на NEMA 23 без редуктора буває простіше.

Чи потрібен редуктор на ШГП?

Рідко: гвинт сам працює як редуктор. На гвинті з кроком 10 мм оберт двигуна дає 10 мм, на рейці з прикладу 78,5 мм.