Giải thích chi tiết: Hộp số hành tinh chính xác cho servo

Bài toán dùng để làm gì

Hộp số hành tinh chính xác đi kèm servo dùng cho robot, bàn xoay, trục X/Y gantry. Khác hộp số thường, nó được chọn theo chu kỳ chạy–dừng liên tục: kiểm tra mô-men khi tăng tốc, mô-men khi dừng khẩn cấp, tốc độ vào lớn nhất và trung bình, rồi tính quán tính quy về động cơ.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.4 mô-men · 0.11 quay · 0.13 quán tính · 0.14 mỏi · 0.7 hệ số an toàn

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
i, η	Tỉ số và hiệu suất hộp số hành tinh	–	Catalogue Wittenstein (alpha), Neugart, Apex Dynamics, Shimpo; 1 cấp ≈ 0,97
T1a	Mô-men động cơ khi tăng tốc	Nm	Từ sheet servo TB16 (mô-men tăng tốc)
T1max	Mô-men cực đại của động cơ (khi dừng khẩn cấp)	Nm	Catalogue servo (Panasonic, Yaskawa, Mitsubishi, Siemens)
n1, n1m	Tốc độ vào lớn nhất và trung bình	v/ph	Biểu đồ chuyển động của trục
fs	Hệ số va đập theo số chu kỳ/giờ	–	Catalogue: ≤ 1000 chu kỳ/h ≈ 1,0, tăng dần đến ≈ 1,8
T2B, T2Not, n1max, n1N	Giới hạn của hộp số: mô-men gia tốc, mô-men dừng khẩn, tốc độ vào tối đa và định mức	Nm, v/ph	Bảng thông số kỹ thuật catalogue hộp số
JL, Jg	Quán tính tải ở đầu ra, quán tính hộp số quy về đầu vào	kg·m²	Tính từ CAD; Jg in trong catalogue

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Mô-men gia tốc đầu ra

Mô-men động cơ nhân tỉ số và hiệu suất, nhân thêm hệ số va đập:

T2b = T1a·i·η·fs ≤ T2B

Bước 2. Mô-men khi dừng khẩn

Khi dừng khẩn (va chạm, mất điện, E-stop) động cơ có thể đẩy ra mô-men cực đại:

T2Not,thực = T1max·i·η ≤ T2Not

Bước 3. Kiểm tra tốc độ vào

Tốc độ lớn nhất không vượt n1max; tốc độ trung bình không vượt n1N để hộp số không quá nóng:

n1 ≤ n1max ; n1m ≤ n1N

Bước 4. Quán tính quy về động cơ

Tải ở đầu ra quy về động cơ chia i², cộng quán tính chính hộp số; dùng để kiểm tra tỉ số quán tính của servo:

Jr = JL / i² + Jg

Hình TB21.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Tỉ số truyền	i	10
2	Hiệu suất	η	0,97
3	Mô-men động cơ khi tăng tốc	T1a	3	Nm	Lấy từ TB16 (Ta)
4	Mô-men cực đại động cơ (dừng khẩn)	T1m	7,16	Nm
5	Tốc độ vào lớn nhất	n1	3 000	v/ph
6	Tốc độ vào trung bình	n1m	1 500	v/ph
7	Hệ số va đập fs	fs	1		Tra catalogue theo số chu kỳ/giờ (≤ 1000/h ≈ 1,0; tăng dần đến ≈ 1,8)
8	Catalogue: T2B (mô-men gia tốc cho phép)	T2B	50	Nm
9	Catalogue: T2Not (dừng khẩn)	T2N	100	Nm
10	Catalogue: n1max	n1x	6 000	v/ph
11	Catalogue: n1N (tốc độ vào định mức)	n1N	3 300	v/ph
12	Quán tính tải ở đầu ra	JL	0,02	kg·m²
13	Quán tính hộp số (quy về đầu vào)	Jg	2e-05	kg·m²

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
14	Mô-men gia tốc đầu ra	T2b	29,1	Nm	T2b = T1·i·η·fs
15	T2b ≤ T2B	Kiểm tra	ĐẠT
16	Mô-men khi dừng khẩn	T2n	69,45	Nm	T2Not,thực = T1max·i·η
17	≤ T2Not	Kiểm tra	ĐẠT
18	n1 ≤ n1max	Kiểm tra	ĐẠT
19	n1 trung bình ≤ n1N	Kiểm tra	ĐẠT
20	Quán tính quy về động cơ	Jr	0,00022	kg·m²	J = JL/i² + J hộp số

Áp dụng thực tế và lưu ý

Chọn trong catalogue: cùng mặt bích với servo, cùng đường kính trục động cơ, tỉ số i theo tốc độ, rồi kiểm tra T2B, T2Not, n1max, n1N như sheet.
Nếu T2Not KHÔNG ĐẠT: chọn cỡ hộp số lớn hơn hoặc giới hạn mô-men cực đại trong cài đặt driver servo (torque limit).
Nếu n1m vượt n1N: hộp số nóng, giảm tuổi thọ dầu mỡ – chọn tỉ số nhỏ hơn hoặc hộp số cỡ lớn hơn.
Robot hàn và bàn xoay cần khe hở (backlash) nhỏ: chọn loại ≤ 3 arcmin; xem thông số này ngay cạnh T2B trong catalogue.
Lỗi hay gặp: dùng mô-men định mức T2N thay cho T2B khi kiểm tra tăng tốc, hoặc quên kiểm tra dừng khẩn.