Фундаментальная передача уровень механической мощности не изменился за несколько сотен лет — и это включает в себя конструкции промышленных редукторов.“К большинству вращающихся электродвигателей подключен либо привод с цепью-звездочкой, либо привод с ременным шкивом, либо зубчатая передача”, — сказал Брайан Денгел, генеральный менеджер KHK USA. “У каждого есть свои преимущества и недостатки, но ни один из них не устарел”, — добавил он.

Тем не менее, в области проектирования зубчатых колес в последнее время наблюдается рост числа зубчатых передач на заказ; тенденция к производству более совершенных коробок передач и сервоприводов; а также переход отрасли к винтовым передачам и другим эффективным вариантам.

“За последнее десятилетие многое изменилось в проектировании силовых приводов для автоматизации”, — сказал Марк Халлибертон, менеджер по инженерным разработкам в Motion Index Drives, производителе прецизионного индексирующего оборудования и систем передачи роботов с седьмой осью. “Мы наблюдаем огромный сдвиг в сторону небольших конструкций и приложений для OEM-производителей и конечных пользователей, что, в свою очередь, позволяет использовать меньшие коробки передач и серводвигатели в автоматизации”, — добавил Халлибертон. Что касается электродвигателей, то многие инженеры, разрабатывающие оборудование для индексации, обеспокоены эффективностью двигателя и хотят убедиться, что используемые двигатели переменного тока эффективны более чем на 90% для экономии электроэнергии. “Здесь силовые передачи, которые мы используем в качестве зубчатых редукторов, имеют улучшенную интегральную конструкцию для экономии места и повышения эффективности”.

Это всего лишь один пример стремления к тому, чтобы поставщики компонентов для движения выполняли больше работ по интеграции и проектированию для достижения таких целей пользователей, как эффективность — и было бы трудно найти ориентированный дизайн, не затронутый почти универсальным спросом OEM—производителей и заводских инженеров на предварительное проектирование для удовлетворения конкретных геометрий, а также что ж. Поэтому, учитывая все больше подобных запросов, производители зубчатых колес разработали способы упрощения интеграции зубчатых колес.

Показательный пример: примерно в 2000 году GAM Enterprises была лидером по затратам на несколько компонентов для движения, но увидела, что рост недорогого зарубежного производства изменит это. “Таким образом, мы перешли к предложению массовой кастомизации, которая позволяет инженерам настраивать конечный продукт из широкого спектра стандартных компонентов — тогда это была новая концепция”, — сказал Крейг Ван ден Эйвонт (Craig Van den Avont), президент GAM Enterprises.”Фактически, мы продвинули концепцию еще на шаг вперед, чтобы быстро разрабатывать даже пользовательские компоненты движения ”.

Компания берет свое начало с продажи сильфонных муфт, но в настоящее время известна своими зубчатыми передачами, которые она начала производить в 1998 году. Изготовленные по индивидуальному заказу коробки передач стали доминировать при выпуске продукции по индивидуальному заказу; новейший набор предложений компании направлен на решение проблем в другой области — установке линейных приводов.

“Поставщик мог бы получить стандартный привод за одну-две недели, но если бы ему понадобилось крепление двигателя для этого привода, особенно такого, который не входит в стандартную линейку продуктов, это могло бы занять шесть или восемь недель”, — объяснил Ван ден Эйвонт.

“Итак, мы повторили то, что делали с коробками передач, чтобы предложить комплекты для крепления двигателя. Сегодня мы можем взять любой привод, любой двигатель и любую коробку передач и спроектировать их по индивидуальному заказу, обработать и отправить за неделю”. В качестве доказательства того, насколько это полезно для промышленности, сегодня множество компаний, производящих приводы, поставляют стандартные и уникальные крепления для двигателей от GAM.

Другие также способствуют росту спроса на полуфабрикаты. “Традиционно мы поставляли большой выбор зубчатых колес с минимальными отверстиями и ступицами большого размера, чтобы конечные пользователи могли модифицировать наши стандартные зубчатые колеса”, — сказал Денгель.

“Пользователи могут отвернуть ступицу, открыть отверстие, добавить шпоночный паз, нарезать резьбу для установочных винтов или иным образом модифицировать стандартную шестерню в соответствии со своими конструктивными требованиями. Но в связи со значительным спросом на продукцию с готовыми отверстиями мы создали линейку зубчатых колес с добавленной стоимостью для удовлетворения этой потребности. Мы рассмотрели наиболее распространенные размеры отверстий и шпонок для каждого предлагаемого нами зубчатого колеса и создали полустандартный продукт, который мы называем нашей серией J”, — сказал Денгель.

Эти изделия «точно в срок» изготавливаются по индивидуальному заказу со стандартизированными отверстиями и шпоночными пазами, изготавливаемыми в течение двух-трех рабочих дней со склада gear product, поэтому инженеру-заказчику не нужно выделять на это время в цехе, и все идет непосредственно к сборке.

“Многие из наших систем являются модульными, и мы продаем менее дорогостоящие решения для комплексной интеграции редукторных двигателей — особенно если дизайнер заранее знает, какие проблемы были решены в предыдущих итерациях, и беседует с нами до завершения проектирования своей новой машины или продукта. В конце концов, зачем изобретать велосипед?” — сказал Габриэль Вензин, президент компании ABM Drives, базирующейся в Цинциннати.

Для такой внутренней инженерной поддержки требуются расширенные услуги. “Мы реорганизовали нашу техническую поддержку продаж, чтобы обеспечить максимальное время реагирования в течение 24 часов на запросы клиентов или выездные продажи. Кроме того, мы расширили наше присутствие по всему миру, открыв технический центр в Китае. Важно иметь местное присутствие, говорить на местном языке и понимать культуру клиентов”, — сказал Вензин.

“Мы считаем, что для продажи надлежащей продукции конечным пользователям производитель редукторов должен иметь опытный инженерный персонал, который будет поддерживать конечных пользователей и подтверждать, что выбранные ими редукторы подходят для конкретных применений. Мы разрешаем инженерам—проектировщикам загружать 3D CAD-модели с нашего веб-сайта, чтобы они могли выбрать то, что им нужно, и избежать проектирования чего-либо с нуля — отличная экономия времени. В настоящее время мы работаем над добавлением генератора пользовательских CAD-моделей gear, который позволит конечным пользователям просматривать их дизайн, прежде чем запрашивать ценовое предложение, что сократит время получения предложения после того, как мы рассмотрим их дизайн”, — сказал Денгель.

Некоторые отрасли промышленности, включая электронную мобильность, упаковку и оборудование для бездорожья, в настоящее время требуют новейшего дизайна трансмиссии. “Электромобили будут продолжать подталкивать отрасль к созданию легких высокоэффективных приводов и двигателей. Это относится к погрузочно-разгрузочным работам с приводом от человека и внедорожникам UTV, а также к автономным заводским транспортным средствам и AGV,” отметил Вензин из ABM Drives.

“Мы считаем, что индустрия упаковочного оборудования наиболее динамично развивается в том, что касается требований к продукции на заказ”, — сказал Денгель. “Многие машиностроители имеют стандартный дизайн, но настраивают каждую упаковочную линию в соответствии со спецификациями своих клиентов. Это приводит к пользовательской настройке почти в каждом случае. Хотя некоторые компоненты взаимозаменяемы, различия в конструкции могут потребовать индивидуального изготовления для каждой машины.”

В одном конкретном приложении инженеры используют множество компонентов редуктора для улучшения заданной конструкции. “Никому не нравятся шумные системы отопления и охлаждения, и это касается систем на биомассе, оснащенных приводами шнеков. За последние десять лет ABM Drives объединила множество технологий для создания сверхшумных и высокоэффективных приводов, включая алюминиевые корпуса и винтовые, скошенные, самоцентрирующиеся шестерни. Есть причина, по которой вы не делаете колокола из алюминия”, — отметил Вензин.

Конструкция зубчатого колеса демонстрирует смешанное применение новых производственных возможностей и инструментов. “Индустрия 4.0 уже повысила требования к подключению производственных и конвейерных линий, а также к мониторингу отдельных критически важных редукторных двигателей. Напротив, 3D-печать позволяет гораздо быстрее создавать прототипы, но поскольку большинство компонентов коробок передач и двигателей производятся в больших объемах, я не вижу, чтобы 3D сейчас было конкурентоспособным”, — сказал Вензин.

“Что касается аддитивного производства и 3D-печати, то эти технологии отлично подходят для создания прототипов по размеру, ощущениям и подтверждения концепции, но они еще не достигли скорости традиционного производства”, — согласился Денгель. “Как таковые, они полезны в исследованиях и разработках оборудования, но не в производстве. У нас были клиенты, которые говорили нам, что они могут изготовить механизм за четыре часа; мы производим 100 таких же механизмов за один час. Эффективности пока нет”.

Однако на горизонте уже появляются новые материалы. “Мы видим, что углеродное волокно широко применяется в автомобилестроении, и нет причин, по которым более качественная и недорогая обработка не приведет к внедрению композитных зубчатых передач. Вес — это всегда проблема, и любая технология, которая помогает его снизить, будет быстро внедрена, когда экономика будет иметь смысл”, — сказал Вензин.

Опять же, другие отраслевые эксперты согласны с Вензином.

На недавнем MD&M West в Анахайме, Калифорния. Компания KHK продемонстрировала прототип редуктора, изготовленного из пластика, армированного углеродным волокном (углепластик), материала, который все чаще используется в спортивном снаряжении, транспортных средствах повышенной проходимости и яхтах. (Образцы KHK изготовлены из термопластика PA6/CF20% от Toray Plastic Precision.) Таким образом, углепластик вскоре может предложить еще один усовершенствованный вариант оборудования для аэрокосмической промышленности, беспилотных летательных аппаратов и автомобилестроения. Зубчатые колеса из углепластика являются дорогостоящими, но чрезвычайно легкими и (во многих случаях) во много раз прочнее стальных.