چگونه می‌توان نیازمندی‌ها برای یک جعبه دنده سفارشی را تعریف کرد؟

نقشه‌برداری از موارد استفاده (به عنوان مثال، وسایل نقلیه هدایت خودکار، رباتیک، حمل و نقل مواد) به منظور تأمین نیازهای عملکردی

درک نحوه کار گیربکس‌های سفارشی با تجهیزات مختلف، در کاربردهای عملی اهمیت زیادی دارد. در مورد وسایل نقلیه هدایت‌شده خودکار یا AGVها، نکات اصلی، بهره‌وری و کنترل مناسب بازخورد در طول ساعات طولانی کار است. کاربردهای رباتیک به چیزی کاملاً متفاوتی نیاز دارند - دقت بالا برای قطعات متحرک مداوم به علاوه فضای کوچک، چون فضا همیشه محدود است. سیستم‌های حمل و نقل مواد با چالش‌های خاص خود روبرو هستند و به چرخ‌دنده‌هایی نیاز دارند که بتوانند گشتاور قابل توجهی را در طراحی‌های فشرده جای دهند و در عین حال در برابر ضربه‌های ناشی از بارهای سنگین روزانه مقاومت کنند. تحقیقات اخیر دانشمندان مواد در سال ۲۰۲۳ نشان داده است که گیربکس‌های مورد استفاده در اتوماسیون لجستیک حدود ۳۷٪ بیشتر از ربات‌های صنعتی تحت چرخه‌های تنش قرار می‌گیرند. این نوع داده‌ها واقعاً نحوه تصمیم‌گیری مهندسان در طراحی را شکل می‌دهد. تطبیق نیازهای واقعی تجهیزات با کاربرد مورد نظر، از پیچیدگی غیرضروری جلوگیری می‌کند و در عین حال اطمینان حاصل می‌شود که به اندازه کافی پایداری گشتاور در هنگام شتاب‌گیری یا کاهش سرعت وجود دارد، میرایی مناسب در برابر ارتعاشاتی که ممکن است به قطعات ظریف آسیب برسانند، و عمر کلی که با شدت عملیات واقعی هماهنگ است.

تبدیل چرخه کاری، پروفایل حرکتی و مواجهه با محیط به عوامل تعیین‌کننده نیازمندی‌ها

مشخصاتی که ما نیاز داریم به شدت به این بستگی دارد که تجهیزات در عمل روزانه چگونه استفاده شوند. بررسی چرخه‌های کاری تمام تفاوت را در تعیین نوع مقاومت حرارتی قطعات مورد نیاز ایجاد می‌کند. ماشین‌هایی که به طور مکرر روشن و خاموش می‌شوند یا آنهایی که با افزایش ناگهانی گشتاور مواجه می‌شوند، اغلب به سیستم‌های خنک‌کننده بهتری نیاز دارند تا بتوانند فشار اضافی را تحمل کنند. از نظر الگوهای حرکتی، طراحی دنده‌ها نیز به تبع آن تغییر می‌کند. برای حرکت‌های رفت و برگشتی، تقریباً عدم وجود بازی بین دنده‌ها برای دستیابی به موقعیت‌یابی دقیق در طول زمان ضروری است. سپس عامل محیطی نیز وجود دارد. خوردگی در شرایط خاصی به یک مشکل واقعی تبدیل می‌شود. تأسیساتی که در آن‌ها ماشین‌آلات به طور منظم شسته می‌شوند، قطعاً به درزگیرهای IP67 نیاز دارند تا رطوبت بیرون نگه داشته شود. بر اساس تحقیقات اخیر صنعتی که سال گذشته منتشر شده است، حدود دو سوم خرابی‌های اولیه جعبه دنده به دلیل محافظت ضعیف در برابر آسیب‌های محیطی بوده است. هر کسی که تجهیزات را مشخص می‌کند باید شرایط عملیاتی واقعی مانند دماهای شدید از منفی سی تا مثبت صد و بیست درجه، نرخ تجمع گرد و غبار و میزان تماس قطعات با مواد شیمیایی را در نظر بگیرد. در نظر گرفتن جدی این عوامل به ایجاد مشخصاتی کمک می‌کند که با نیازهای دنیای واقعی مطابقت داشته باشد و در عین حال بودجه را با ویژگی‌های غیرضروری تخلیه نکند.

تعیین مشخصات عملکرد اصلی برای جعبه دنده سفارشی

نیازمندی‌های گشتاور، سرعت و نسبت: هم‌راستا کردن دور ورودی/خروجی، گشتاور نامی/حداکثر و اهداف بازدهی

گرفتن تورک و سرعت صحیح در اصل جایی است که طراحی خوب گیربکس سفارشی شروع می شود. اولين کاري که بايد بکني؟ نسبت RPM ورودی / خروجی را پیدا کنید تا بدانیم که آیا باید سرعت را کاهش دهیم یا افزایش دهیم. بیایید برای یک ثانیه درباره ی تورک صحبت کنیم. چرخش اسمی چیزی است که سیستم به طور منظم روز به روز را اداره می کند. اما در ضمن، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال حاضر، در حال این موضوع در تجهیزات دستی که بار آنها به طور غیر منتظره ای تغییر می کند بسیار مهم است. وقتی صحبت از کارایی می شود، اکثر گیربکس های سیاره ای در جایی بین 90 تا 98 درصد هدف قرار می گیرند. چرا این مهمه؟ چون بهره وری کمتر به معنای گرمایش بیشتر و افزایش صورتحساب انرژی است. به این نگاه کنید: تنها یک کاهش ۱۰ درصد در بهره وری در عملیات چرخه بالا می تواند حدود ۷۴۰ هزار دلار در سال بر اساس تحقیقات Ponemon از سال ۲۰۲۳ هزینه داشته باشد. حالا بذاريم به حساب هاي پشت همه ي اينها بريم...

• گشتاور خروجی = (قدرت[کیلو وات] 9546) / RPM خروجی
• عامل خدمات = (ساعت کار -- فرکانس شوک) / 1000

این محاسبات اطمینان از هماهنگی بین اهداف عملکرد و خواسته های عملیاتی را فراهم می کند.

معیارهای مهم: واکنش منفی، ظرفیت حرارتی، عمر و پاسخ پویا

وقتی فراتر از مقادیر اصلی تورک و سرعت نگاه می کنیم، در واقع چهار عامل کلیدی وجود دارد که واقعاً اهمیت دارد وقتی که به این می رسد که جعبه های گیربکس در طول زمان چقدر قابل اعتماد خواهند بود. اول این است که واکنش منفی، که به شکاف کوچکی بین دنده ها اشاره دارد وقتی که به هم متصل می شوند. برای بازوهای رباتیک که نیاز به دقت دقیق دارند، این باید کمتر از 5 دقیقه قوس باشد. سپس ظرفیت حرارتی داریم، اساساً درجه حرارتی که سیستم می تواند به طور مداوم تحمل کند. اکثر مشخصات صنعتی حداقل 85 درجه سانتیگراد را می خواهند، به ویژه در مناطقی که تمیز کردن شامل جت های آب است. برآورد عمر خدمت به شدت به محاسبات L10 بستگی دارد، اما پاسخ پویا را فراموش نکنید. این اندازه گیری می کند که لرزش ها در طول چرخه های شروع و توقف چگونه رفتار می کنند، چیزی که برای وسایل نقلیه هدایت شده خودکار که به طور مداوم شتاب می دهند و ترمز می کنند بسیار مهم است. مطالعات نشان می دهد که پاسخ دینامیکی ضعیف می تواند عمر گیربکس را در حدود 40٪ در برنامه های کاربردی حرکتی تکراری بر اساس تحقیقات Ponemon از 2023 کاهش دهد. گرفتن این پارامترها از ابتدا تفاوت را در اطمینان از دوام قطعات در طول نیازهای عملیاتی واقعی به جای آزمایشات آزمایشگاهی ایجاد می کند.

ارزیابی محدودیت های ادغام محیطی و مکانیکی

محیط کار (درجات حرارت شدید، حفاظت از ورود، شستشو، ارتفاع)

محیط زیست تاثیر زیادی بر مدت زمان دوام گیربکس ها و قابلیت اطمینان آنها در طول زمان دارد. وقتی دمای هوا واقعاً شدید می شود، از منفی 40 درجه سانتیگراد تا 150 درجه، همه چیز در داخل گیربکس تغییر می کند. روغن بسته به گرما ضخیم تر یا نازک تر می شود، مواد به طور متفاوتی گسترش می یابند، بنابراین مهر و موم های ویژه همراه با نوعی کار طراحی جبران حرارتی ضروری می شود. برای مکان هایی که گرد و غبار یا رطوبت می تواند وارد شود، مانند کارخانه های فرآوری مواد غذایی یا قایق های در دریا، حفاظت از ورود بسیار مهم است. این امتیازات IP (IP65 و IP67 رایج هستند) به جلوگیری از آلودگی کمک می کنند. جعبه های گیربکس مورد استفاده در مناطق شستشوی نیاز به بدن فولاد ضد زنگ و پوشش هایی دارند که در برابر خوردگی مقاومت می کنند. و وقتی در ارتفاعات بالا کار می کنید، خنک کردن به خوبی کار نمی کند چون هوا کمتر در اطراف است، و کارایی را بین ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش می دهد. همه این عوامل مختلف نیاز به آزمایش مناسب در شرایط محیطی شبیه سازی شده اگر ما می خواهیم از شکست های زودرس یا از دست دادن عملکرد برای هر سیستم گیربکس سفارشی ساخته شده جلوگیری کنیم.

ادغام فیزیکی: اندازه پاکت، رابط نصب، جهت گیری میله و تحمل تراز

برای اینکه اجزای مکانیکی به درستی با هم کار کنند نیاز به موقعیت بسیار دقیق نسبت به تجهیزات اصلی که با آنها متصل می شوند، دارد. محدودیت های فضایی معمولاً به این معنی است که ما باید محفظه های ویژه ای طراحی کنیم، و جمع شدن می تواند حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد فضای بیشتری را در داخل سیستم های رباتیک آزاد کند. وقتی صحبت از چگونگی اتصال چیزها می شود (چه از طریق فلنج ها، پاها، یا چسب های صورت) ، تطابق با الزامات قدرت و مدیریت درست لرزش ضروری است. نحوه قرار دادن شاخه ها - راست، زاویه راست یا از مرکز به مرکز - تفاوت واقعی در میزان انتقال انرژی را ایجاد می کند. نگه داشتن انحراف زاویه ای کمتر از نیم درجه کمک می کند از فرسایش زودرس در دنده ها جلوگیری شود. یک عمل خوب این است که ابتدا از تکنولوژی اسکن سه بعدی برای ساخت نمونه اولیه از مکان های نصب استفاده کنید، فقط برای بررسی مجدد همه چیز قبل از حرکت به تولید کامل.

مواد انتخاب شده، هندسه دنده و روش تولید

بهینه سازی پارامترهای طراحی دنده (زاویه هلیکس، زاویه فشار، ماژول، تغییر پروفایل) برای ظرفیت بار و سر و صدا

تغییر شکل و زاویه دنده ها تفاوت بزرگی در عملکرد جعبه های دنده های سفارشی ایجاد می کند. وقتی زاویه هلیکس را افزایش می دهیم، بار بهتر در میان دندان ها پخش می شود، که به معنای ارتعاش کمتر در کل است. آزمایشات نشان داده است که این می تواند سطح سر و صدا را حدود 15 دسیبل کاهش دهد. درست کردن زاویه فشار مشکل است چون همه چیز در مورد پیدا کردن نقطه ی شیرین بین دندان های قوی است که شکسته نمی شوند و آنهایی که هنگام فرش کردن یکدیگر صدای زیادی ایجاد نمی کنند. اندازه هر دندون دنده هم مهمه دندون هاي بزرگتر قدرت بيشتري رو تحمل ميکنن ولي وزن زيادي هم به سيستم اضافه ميکنن بعضی از مهندسان چیزی به نام تغییر پروفایل را تغییر می دهند تا از این قطعات آزاردهنده جلوگیری کنند در حالی که اطمینان حاصل کنند که دنده ها در طول کار بیشتر در تماس هستند. همه این عوامل به روش های پیچیده ای به هم متصل هستند، بنابراین اکثر تولید کنندگان به شبیه سازی های کامپیوتری برای تنظیم دقیق همه چیز تا زمانی که به اهداف خود از بیش از 95 درصد کارایی برسند و واکنش را کمتر از 10 دقیقه قوس نگه دارند، متکی هستند.

مواد و انتخاب درمان حرارتی، تعادل قدرت، مقاومت در برابر لباس و هزینه گیربکس سفارشی

انتخاب مواد به معنای تعادل بین کاری که می توانند از لحاظ مکانیکی انجام دهند و هزینه آنها است. برای مثال فولاد های سخت شده مانند 20MnCr5 را در نظر بگیرید این ها در مقابل فرسایش در قطعات که چرخه زیادی دارند، کار خوبی می کنند، اما قیمت آن ها 30 تا 50 درصد بالاتر از آلیاژ های معمولی است. فلزات پودری در زمان نیاز به اشکال پیچیده در تولید متوسط مفید است، اگرچه این به معنای رها کردن قدرت در پایان روز است. درمان های سطحی مانند کاربوریزه کردن باعث می شود که سطح سخت ما در حدود 60 در مقیاس راکول باشد، اما به طور طبیعی زمان بیشتری در تولید طول می کشد. وقتی که با مسائل خوردگی برخورد می کنیم، گزینه های فولاد ضد زنگ یا برخی پلاستیک های مهندسی شده بهتر به نظر می رسند حتی اگر آنها نمی توانند بار زیادی را تحمل کنند. نتیجه ی این کار چیه؟ مشخصات مواد را با آنچه که قطعه واقعاً نیاز دارد مطابقت دهید. از حد فراتر رفتن با مشخصات فقط باعث افزایش هزینه گیربکس های سفارشی بدون هیچ سود واقعی می شود.

اعتباربخشی الزامات تولید، هزینه و پشتیبانی بلند مدت

طراحی برای قابلیت تولید (DFM) و امکان پذیر بودن زنجیره تامین گیربکس سفارشی

در واقع، استفاده از اصول طراحی برای تولید (DFM) از روز اول به ساده سازی تولید کمک می کند و در صورت نیاز به طراحی مجدد گران قیمت، سر درد را از همه جلوگیری می کند. وقتی به هندسه دندان دنده نگاه می کنید، ابتدا بررسی کنید که آیا با ابزار برش معمولی کار می کند. این اشکال عجیب می توانند هزینه ها را بین 40 تا 60 درصد بر اساس استانداردهای اخیر صنعت افزایش دهند. برای زنجیره های تامین که با فلزات خاص معامله می کنند، انجام چک ردیابی مواد نیز منطقی است. هيچکس نميخواد در طول راه سورپرايزهايي داشته باشه هم چنین، افزایش تحمل نیاز به توجه دارد. اکثر مغازه ها وقتی مشخصات پایین تر از درجه IT5 می آیند، مشکل دارند چون به ماشین های ویژه ای نیاز دارند که فقط کارها را کند می کنند. و فراموش نکنید که در هر کجا که امکان دارد، اجزای را استاندارد کنید. روش های ماژولار زمان تولید را حدود ۳۰ درصد در بسیاری از سیستم های تولید خودکار که اخیرا دیده ایم کاهش داده است.

کل هزینه مالکیت: ارزیابی مناسب بودن مشخصات با اندازه دسته، زمان تحویل و قابلیت نگهداری

وقتی به هزینه ها نگاه می کنید، فقط روی قیمت واحد متوقف نشوید. نیاز به تعمیرات، آسان بودن پیدا کردن قطعات یدکی و زمان قطع کار احتمالی همگی مهم هستند. برای نسخه های کوچکتر کمتر از ۵۰ واحد، اغلب منطقی تر است که با طرح هایی که می توانند به راحتی نگهداری شوند، به جای هزینه اضافی برای مواد فانتزی، استفاده شود. محفظه های مدولار در اینجا عالی هستند زیرا به تکنسین ها اجازه می دهند قطعات را بدون پاره کردن همه چیز جایگزین کنند. ملاحظات حرارتی باید با میزان نیاز به روانکاری مطابقت داشته باشد. بیش از حد استفاده از سیستم های خنک کننده فقط حدود ۲۵ درصد هزینه های اولیه را افزایش می دهد اما واقعا عمر تجهیزات را زیاد افزایش نمی دهد. بررسی کنید که آیا دستورالعمل های سرویس کامل هستند، زیرا اسناد ناقص می تواند هزینه های پشتیبانی سال اول را تقریباً 18،000 دلار در هر دستگاه افزایش دهد. همچنین مطمئن شوید که مشخصات برای اندازه های مختلف تولید کار می کنند. لوازم سفارشی زمانی که اندازه دسته ها به زیر حدود 200 واحد برسد، هزینه بیش از حد بالا می شود و برای بسیاری از عملیات غیر عملی می شود.