Основной режим работы для зубчатого зацепления и его передачи механическая мощность остается неизменной — как и для электродвигателей, с которыми они соединяются. Но инновационные варианты становятся все более распространенными и включают в себя более нестандартные зубчатые передачи, компактные конструкции и улучшенные коробки передач и сервоприводы (включая винтовую передачу) для повышения эффективности.

В зависимости от контекста конструкции электромобилей (e-mobility) бывают:

• Транспортные средства с приводом от электродвигателя (и их интеллектуальные сети для удовлетворения потребностей автопарка в электроэнергии), служащие альтернативой транспортным средствам с двигателями внутреннего сгорания

Производитель прецизионных приводных систем maxon Group поставляет компоненты для электромобилей. Показательный пример: A Скево, братан инвалидная коляска, первоначально разработанная студентами университета в ETH Zurich (называемый Скалево пока прототип) включает в себя два традиционных колеса, а также два неразрезных колеса, также называемых гусеничными траками, оптимизированных с помощью двигателей maxon и зубчатой передачи.

Более конкретно, инвалидная коляска интегрируется сдвоенные приводы весом 3,2 кг состоит из бесщеточных двигателей постоянного тока диаметром 60 мм от maxon, оснащенных планетарными редукторами GP 52 для приведения колес в движение. Керамические компоненты в зубчатой головке выдерживают высокие нагрузки и очень долговечны. Привод двигателя дополняется модулем контроллера maxon EPOS2 70/10, обеспечивающим надежное управление.

К подъемным инвалидным коляскам предъявляются особенно сложные требования к конструкции, поскольку они должны безопасно подниматься по бордюрам и даже лестницам, чтобы преодолеть эти препятствия, которые являются основными ограничениями для инвалидных колясок с ручным управлением. Традиционные колеса Scewo Bro обеспечивают нормальную работу; непрерывные колеса позволяют подниматься по лестницам и бордюрам, выдвигая их планки во время движения гусениц. Датчики и камеры оценивают геометрию лестницы, а затем запускают автоматические функции подъема, чтобы подниматься примерно со скоростью одна ступенька в секунду. Как только датчики обнаруживают приземление, небольшие опорные колеса переходят в активное положение, чтобы стабилизировать водителя и кресло. Затем гусеницы убираются вверх в исходное положение, и инвалидная коляска движется вперед на двух своих традиционных колесах.

Инвалидная коляска Scewo Bro, первоначально представленная в КИБАТЛОН — международный конкурс (также поддерживается maxon Group), в котором спортсмены с ограниченными физическими возможностями используют самые современные системы технической помощи для соревнований на ипподромах. Соревнования, проводимые в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, включают в себя гонку по интерфейсу мозг-компьютер (BCI), велогонку с функциональной электростимуляцией (FES) и гонки, в которых спортсмены используют протезы рук и ног с электроприводом, экзоскелеты с электроприводом и инвалидные коляски с электроприводом.

На самом деле команду в Scewo возглавлял спортсмен и пилот-инструктор Базил Диас будет участвовать в КИБАТОНЕ этого года также. На момент написания этой статьи ETH Zurich совместно с оргкомитетом CYBATHLON отложили мероприятие в попытке сдержать распространение коронавируса: первоначально мероприятие должно было состояться в мае, теперь оно состоится 19 и 20 сентября 2020 года.

“Электронная мобильность, без сомнения, является важной тенденцией, охватывающей целый ряд областей применения, включая безопасность и видеонаблюдение, транспорт, логистику и сельское хозяйство”, — говорит Кристиан Фриц, руководитель отдела развития бизнеса maxon. “Являясь лидером в области технологий производства высокоэффективных приводных компонентов, мы занимаем лидирующие позиции в области обеспечения отрасли двигателями, коробками передач и контроллерами”.

За последние пару лет ассортимент производителя расширился и включает в себя аккумуляторные технологии, системы управления аккумуляторами и контроллеры прикладного уровня. “В сочетании с возможностями интеграции этих компонентов в мехатронные решения мы превратились в поставщика решений для приложений электронной мобильности во всех отраслях промышленности”, — добавляет Фриц из maxon.

В прошлом году все больше заводских инженеров и OEM-производителей использовали программное обеспечение для проектирования производителей и аутсорсинговое прототипирование, а также услуги по интеграции. Одной из технологий, которая стирает границы между прототипированием и производством качественной продукции, является 3D-печать. По мере того как технология становится все более изощренной, аддитивное производство проникло даже в чрезвычайно сложное производство зубчатых колес из нейлона или полиамида.

“Селективное лазерное спекание или SLS позволяет применять материалы, выходящие за рамки тех, которые возможны при печати FDM”, — говорит специалист по продукции igus DryTech Престон Соуза. “Процесс FDM немного медленнее, и допуски обычно не так велики. В отличие от этого, мы предлагаем более жесткие допуски для компонентов, произведенных SLS, и доставку в течение трех дней”.

Еще одним важным преимуществом этих деталей является долговечность. Тестирование показало, что некоторые из этих деталей имеют показатели износа, сравнимые с показателями компонентов, изготовленных методом литья под давлением, поэтому могут прослужить почти так же долго, так что это больше не просто прототипирование. “Эти детали предназначены не только для проверки подгонки и функционирования — они действительно могут быть запущены в производство”, — говорит Соуза. “Мы работаем практически в каждой отрасли с этими компонентами особенно в автомобилестроении, авиации, сельском хозяйстве и упаковке”.

“Некоторые тенденции, которые мы наблюдаем, — это передаточные числа модулей для планетарных редукторов, а также потребность в меньших и компактных зубчатых передачах. Повышение эффективности за счет уменьшения сопротивления подшипников и улучшения смазки — это другие области, которым сегодня уделяется особое внимание”, — говорит менеджер Allied Motion engineering Уилл Хеллингер.

О традиционных металлических передачах и их кастомизации мы поговорили с Робертом Шоуппом из CGI Motion. Он побеседовал с нами о новых способах, с помощью которых инженеры подбирают размеры и задают параметры зубчатых передач, а также о перспективных приложениях для этих компонентов движения. Вот что должен был сказать Шоупп.

Shouppe • Движение CGI: Да. Инженеры, конечно, могут просто позвонить нам и сказать: “Я хочу приобрести эту коробку передач”, и мы продадим им коробку передач.

Но мы постоянно поддерживаем дизайнеров, которым нужна помощь в выборе размера коробки передач — и у CGI Motion есть множество ресурсов, чтобы предложить именно такую помощь. Наша группа инженеров—конструкторов доступна для наших клиентов, чтобы помочь им найти наиболее подходящий вариант для их применения — будь то коробка передач, комплект зубчатых колес или узел коробки передач в сборе. На самом деле, поддержка и поставка зубчатых передач по индивидуальному заказу — это действительно наша главная задача в индустрии коробок передач — в течение многих лет мы были известны своей способностью к индивидуализации. В некоторых случаях мы создадим полностью индивидуальный дизайн с нуля. В других случаях мы берем один из наших существующих продуктов и модифицируем его в соответствии с заданным приложением.

Третий вариант для инженеров, желающих использовать нашу продукцию, — это сотрудничество с нашими дистрибьюторами. В этих командах также есть специалисты по управлению движением и инженеры, которые могут помочь проектировщикам разработать спецификацию коробки передач, двигателя или контроллера. Все больше производителей выбирают этот вариант по мере сокращения штата и выхода на пенсию представителей поколения бэби—бумеров, которые забирают свой опыт из компании и отрасли. Дистрибьюторы средств автоматизации управления движением могут помочь машиностроителям справиться с этими тенденциями. Что интересно, так это то, что я действительно вижу, как многие молодые инженеры просто просматривают Интернет и выбирают коробку передач, а затем внедряют ее в свою систему, и она работает не так, как они хотят. Итак, они звонят нам, и мы помогаем решить их проблему и наладить работу оси их станка.

Shouppe • Движение CGI: Ошибка, с которой мы чаще всего сталкиваемся, заключается в том, что инженеры изначально думают, что они могут напрямую управлять своим приложением с помощью двигателя. Затем, в последний момент, они понимают, что крутящий момент двигателя недостаточен для перемещения приложения так, как они хотят.

Обычно именно тогда они приходят в CGI Motion и просят нас спроектировать коробку передач таким образом, чтобы она вписывалась в обычно очень узкие пространства — потому что, в конце концов, они не выделили никакого места для зацепления. Сложность заключается в том, что каждый хочет спроектировать и построить все так, чтобы оно было как можно меньше и компактнее.

Если ось, которую кто-то пытался запустить только с помощью двигателя, на самом деле требует зацепления, то теперь внезапно у вас есть двигатель длиной в четыре дюйма, который вы должны выдвинуть на три дюйма — и у вас нет такого пространства. Поэтому одна из вещей, которую мы делаем довольно хорошо, — это работаем с нашими заказчиками над созданием компактных конструкций, которые немного лучше подходят для их применения.

Shouppe • Движение CGI: С нашей точки зрения, муфты зависят от того, как зубчатая передача и двигатель крепятся к конкретному месту применения. Как правило, мы не указываем тип муфты, хотя мы часто видим изделия с нулевым максимумом и спиральные соединения, используемые в наших зубчатых передачах. Другим вариантом являются другие муфты, основанные на сложном зажимном креплении.

Shouppe • Движение CGI: Инженеры часто размещают датчик положения оси на задней панели двигателя, чтобы отслеживать положение оси. Проблема в том, что между этим датчиком и приводимой в действие нагрузкой находятся двигатель, коробка передач и соединительное устройство, поэтому потеря движения, связанная с этими соединениями, может немного ухудшить информацию обратной связи. Напротив, конструкции, которые подключают энкодер к самому концу оси (на выходной стороне), обеспечивают более точное отслеживание положения.

В настоящее время мы изучаем способы предложить инженерам—конструкторам еще один вариант — обратную связь с энкодером внутри коробки передач для отслеживания положения выходного вала. Это также устранило бы один из редких недостатков коробок передач — люфт. В конце концов, чем ближе энкодер или другой датчик находится к источнику люфта, тем лучше контроль над системой.

Shouppe • Движение CGI: Планетарные редукторы Primetric серии PMX от компании CGI Motion хорошо подходят для ременно-шкивных систем, а также для реечно-зубчатого привода. Зубчатые головки этой серии имеют подшипники большого размера, которые разделены небольшим пространством для того, чтобы выдерживать радиальную нагрузку, связанную с приводом ремня и шкива. Такая передача энергии широко распространена в конвейерных системах, а также в цепном транспортировании для перемещения стеллажей по площади.

Shouppe • Движение CGI: Мы предлагаем несколько семейств коробок передач с низким люфтом. Мы нарезаем зубчатые колеса с высокой точностью, чтобы свести к минимуму люфт и добиться плотного зацепления зубьев. Мы не занимаемся зубошлифовкой, так как наши станки вырезают зубчатые колеса исключительно высокого качества без необходимости дальнейшей механической обработки.

Shouppe • Движение CGI: CGI Motion сертифицирована по стандартам ISO 9100 и ISO 9001, а также ISO 13485, который охватывает нормативные требования к дизайну медицинских устройств. Скоро мы выпустим коробку передач с классом защиты IP69K с усиленным корпусом и системой уплотнений для тяжелых условий эксплуатации. Фактически, эти редукторы предназначены для оборудования для упаковки пищевых продуктов для выполнения упаковочных и других функций.

К CGI Motion присоединились другие производители, предлагая новые варианты, готовые к стирке. “Некоторые из наших мотор-редукторов поставляются с дополнительными прокладками и уплотнениями для защиты от промывки, а также антикоррозийной краской для защиты изделия от воздействия окружающей среды”, — говорит инженер Allied Motion applications Майк Бабала. Другие примеры включают:

• Редукторы Altra Industrial Motion Boston Gear серии QC700 из нержавеющей стали с быстросъемными соединениями для конвейеров и сопутствующего оборудования на предприятиях по переработке скоропортящихся продуктов, таких как морепродукты

• Редукторный двигатель Bauer для промывки — высокопрочные редукторы HiflexDRIVE из нержавеющей стали на базе двигателей PMSM для предприятий по переработке продуктов и многого другого.

Мы также попросили Терри Ашштеттера, менеджера по развитию бизнеса в Bodine Electric, и Джона Мейсона, менеджера по развитию бизнеса продуктов управления в NORD Gear Corp., поделиться своим мнением о тенденциях в области мотор-редукторов. Вот что они должны были сказать.

Ашштеттер • Бодин: Мы наблюдаем возросшую активность в области робототехники, особенно в поставках мотор-редукторов для роботов и коботов на складах, а также автоматизированных систем хранения и поиска (AS/RS). Мы работали над новыми дизайн-проектами с несколькими производителями в этом сегменте. В течение нескольких лет наши мотор-редукторы можно было найти внутри оранжевых роботов, снующих по складам Amazon. В настоящее время мы поставляем мотор-редукторы другому американскому производителю складских роботов.

Помимо использования наших мотор-редукторов во многих конвейерных и упаковочных установках, одной из наиболее интересных областей роста в последнее время стало оборудование для переработки каннабиса и марихуаны. Наши мотор-редукторы используются как при сборе урожая, так и при химической переработке различных продуктов из каннабиса.

Мы также наблюдаем возросшую активность на фермах и в сельском хозяйстве. Например, один двигатель постоянного тока Bodine работает в системе саморегулирования тракторов с GPS-управлением, впервые представленной более 15 лет назад, и до сих пор работает исправно. Это приложение превратилось в новые сложные продукты, которые используются по всему миру. В настоящее время мы совместно с этим OEM-производителем занимаемся редизайном продукта следующего поколения. Наши мотор-редукторы также используются в плантаторах, системах полива и силосохранилищах.

Последнее направление роста — автоматические печи, используемые в ресторанах быстрого питания. Например, в настоящее время мы работаем над двигателем воздуходувки в конвекционной печи для конвейерной подачи пиццы.

Ашштеттер • Бодин: Компания Bodine предлагает ряд конструктивных вариантов для встраивания датчиков в наши редукторы и электродвигатели или непосредственно на них. Например, энкодеры используются для управления движением приводных колес роботов-подборщиков на складе, и данные с энкодера также могут использоваться системой IIoT для регистрации количества часов работы или миль в целях технического обслуживания. Бодин также может поместить термодатчик внутрь обмотки двигателя, чтобы система IIoT могла предсказать сбой и предпринять шаги для его устранения, когда робот выходит из строя по другой причине (например, при зарядке аккумулятора). Изношенные компоненты, как правило, оказывают большую нагрузку на двигатель, что, в свою очередь, увеличивает потребляемый ток, что, в свою очередь, повышает температуру двигателя. Вот почему датчик температуры может предоставить полезные данные для прогнозирования неисправности.

Каменщик • NORD Gear: NORD предлагает комплексные решения IIoT, готовые к использованию в индустрии 4.0, для систем мотор-редукторов. Наши децентрализованные приводные системы включают в себя ПЛК, расположенный в преобразователе частоты. Вибрация, температура и виртуальные датчики, а также параметры, специфичные для привода, предварительно обрабатываются в ПЛК привода. Затем данные могут быть переданы через интернет-шлюз в облако.

Ашштеттер • Бодин: Наши инженеры часто выезжают на объекты заказчиков для совместной работы при разработке новых продуктов. Раннее сотрудничество между проектными группами стимулирует идеи и приводит к созданию наиболее надежных, экономичных и высокопроизводительных систем управления движением для производителей оборудования. Наши инженеры также обладают знаниями и опытом, которые помогут инженерам интегрировать компоненты, которые мы не производим, но которые необходимы для решения конечной передачи, включая энкодеры, тормоза, сервоусилители и кабели.

Каменщик • NORD Gear: Системы мониторинга состояния и прогнозного технического обслуживания, использующие решения IIoT, довольно часто запрашиваются нашими OEM-заказчиками и конечными пользователями. Процесс сортировки и анализа всех доступных различных данных (а затем создания полезного инструмента для представления всех этих данных) может оказаться непосильным. NORD обеспечивает ценность, тесно сотрудничая с инженерами и направляя их в процессе создания решения IIoT, предназначенного для их конкретного применения.

Каменщик • NORD Gear: Мы разработали мобильное решение Bluetooth для ввода в эксплуатацию и оптимизации, которое взаимодействует со всеми нашими электронными приводными системами, устраняя необходимость в ПК и проводном подключении. Бесплатное приложение для iOS и Android предоставляет визуализацию на основе приборной панели для мониторинга привода и диагностики неисправностей. Вы даже можете отправить запрос на обслуживание из приложения непосредственно в местный офис поддержки NORD.