Projetando uma caixa de engrenagens planetárias para um Veículo guiado automatizado (AGV) requer consideração cuidadosa de torque, velocidade, restrições de espaço, eficiência e durabilidade. Abaixo está um guia passo a passo para projetar um caixa de engrenagens planetárias adequado para aplicações AGV.
1. Requisitos de projeto
• Antes de começar, defina os principais requisitos:
• Velocidade de entrada (RPM): Velocidade do motor (por exemplo, 3000 RPM).
• Velocidade de saída (RPM): Velocidade desejada da roda (por exemplo, 100 RPM).
• Requisito de torque: Baseado na carga, aceleração e inclinação do AGV (por exemplo, 50 Nm).
• Eficiência: Alta (≥95% por etapa).
• Tamanho e Peso: Compacto e leve.
• Durabilidade: Longa vida útil com manutenção mínima.
• Montagem: Compatibilidade com montagem motor e roda.
• Folga: Mínima para controle de movimento preciso.
2. Cálculo da relação de transmissão
Engrenagens planetárias oferecem altas taxas de redução em espaços compactos.
Relação de engrenagem (i) = Velocidade de entrada / Velocidade de saída
Exemplo:
Se a velocidade do motor = 3.000 RPM, a velocidade da roda = 100 RPM
Relação de engrenagem = 3000/100 = 30:1
Para relações altas, é usada uma caixa de engrenagens planetárias de múltiplos estágios (por exemplo, 2 ou 3 estágios):
Etapa 1: 5:1
Etapa 2: 6:1
Proporção Total = 5 × 6 = 30:1
3. Componentes da caixa de engrenagens planetárias
Um conjunto de engrenagens planetárias consiste em:
(1) Sun Gear (acionado pela entrada do motor).
(2) Engrenagens planetárias (3-4 engrenagens engrenadas com a engrenagem solar e a coroa).
(3) Coroa (estacionária ou rotativa, dependendo da configuração).
(4) Transportador (conecta as engrenagens planetárias ao eixo de saída).
Configurações comuns para AGVs:
• Coroa fixa (mais comum):
Engrenagem Solar → Entrada
Engrenagem anelar → Fixo
Transportadora → Saída
Relação de engrenagem = 1 + (dentes do anel / dentes do sol)
• Portadora Fixa: Utilizada para reduções de alta velocidade.
4. Seleção de materiais
Engrenagens: Aço endurecido (20MnCr5, 18CrNiMo7-6) para maior durabilidade.
Engrenagem de anel: Mesmo material ou metais sinterizados para eficiência de custos.
Planet Carrier: Alumínio (leve) ou aço (alto torque).
Rolamentos: Rolamentos de contato angular ou de sulco profundo de alta precisão.
5. Cálculos de Torque e Carga
Torque de entrada (T_in):
Tin=Pmotor/2πNmotor
(Onde Motor P = potência do motor em Watts, Nmotor= velocidade do motor em RPM)
Torque de saída (T_out):
Tout=Tin×i×η
(Onde η = eficiência, normalmente 0,95 por estágio)
Carga dentária (F_t):
Pé = 2 estanho/sol
(Onde sol= diâmetro primitivo da engrenagem solar)
Fator de segurança: ≥1,5 para aplicações AGV.
6. Design do dente da engrenagem (seleção do módulo)
Módulo (m): Determina o tamanho do dente (padrão: 1-3 mm para AGVs).
Diâmetro do passo (d):
d=m×z
(Onde z = número de dentes)
Espaçamento da engrenagem planetária:
(dsun+dplaneta)=dring−dsun/2=
Proporção de contato: ≥1,2 para operação suave.
7. Projeto de rolamentos e carcaças
Rolamentos Planetários: Rolamentos de rolos de agulhas para compactação.
Rolamento do eixo de saída: Rolamentos de rolos cônicos para cargas axiais.
Carcaça: Alumínio para redução de peso ou ferro fundido para rigidez.
8. Lubrificação e Vedação
Lubrificação: Graxa (isenta de manutenção) ou óleo (alto desempenho).
Vedações: IP65 ou superior para resistência à poeira/água.
9. Controle de folga
Engrenagens de precisão:
Pré-carga ajustável: Engrenagens planetárias com mola.
10. Prototipagem e testes
Análise FEA: Verifique a tensão nas engrenagens e na carcaça.
Teste de eficiência: Garanta >90% de eficiência geral.
Teste de durabilidade: Funciona sob carga por mais de 500 horas.
Exemplo de especificações de caixa de engrenagens planetárias AGV
|
Parâmetro |
Valor |
|
Potência do motor |
400W |
|
Velocidade de entrada |
3000 rpm |
|
Velocidade de saída |
150 rpm |
|
Relação de engrenagem |
15:1 |
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Torque de saída |
120 Nm |
|
Peso |
|
|
Eficiência |
≥90% |
|
Reação |
|
Conclusão
Uma caixa de engrenagens planetárias bem projetada para AGVs deve equilibrar compactação, densidade de torque e eficiência. Projetos de vários estágios são comuns para altas reduções, enquanto a seleção de materiais e a fabricação precisa garantem confiabilidade. Use CAD (SolidWorks, CATIA) e ferramentas de simulação (ANSYS, Romax) para validação antes da produção.
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