Diseño de una caja de cambios planetaria para un Vehículo guiado automatizado (AGV) requiere una cuidadosa consideración del par, la velocidad, las limitaciones de espacio, la eficiencia y la durabilidad. A continuación se muestra una guía paso a paso para diseñar un caja de cambios planetaria Adecuado para aplicaciones AGV.
1. Requisitos de diseño
• Antes de comenzar, defina los requisitos clave:
• Velocidad de entrada (RPM): Velocidad del motor (por ejemplo, 3000 RPM).
• Velocidad de salida (RPM): velocidad deseada de la rueda (por ejemplo, 100 RPM).
• Requisito de par: basado en la carga, aceleración e inclinación del AGV (p. ej., 50 Nm).
• Eficiencia: Alta (≥95% por etapa).
• Tamaño y peso: Compacto y liviano.
• Durabilidad: Larga vida útil con mínimo mantenimiento.
• Montaje: Compatibilidad con conjunto motor y rueda.
• Contragolpe: Mínimo para un control de movimiento preciso.
2. Cálculo de la relación de transmisión
Engranajes planetarios Ofrecen altos ratios de reducción en espacios compactos.
Relación de transmisión (i) = Velocidad de entrada / Velocidad de salida
Ejemplo:
Si la velocidad del motor = 3000 RPM, la velocidad de la rueda = 100 RPM
Relación de transmisión = 3000 / 100 = 30:1
Para relaciones altas, se utiliza una caja de cambios planetaria multietapa (por ejemplo, de 2 o 3 etapas):
Etapa 1: 5:1
Etapa 2: 6:1
Relación total = 5 × 6 = 30:1
3. Componentes de la caja de cambios planetaria
Un juego de engranajes planetarios consta de:
(1) Engranaje solar (impulsado por la entrada del motor).
(2) Engranajes planetarios (3-4 engranajes engranados con el planeta y la corona).
(3) Corona dentada (estacionaria o giratoria, según la configuración).
(4) Portador (conecta los engranajes planetarios al eje de salida).
Configuraciones comunes para AGV:
• Corona dentada fija (más común):
Engranaje solar → Entrada
Corona dentada → Fija
Transportista → Salida
Relación de engranajes = 1 + (dientes anulares/dientes solares)
• Carrier Fijo: Se utiliza para reducciones de alta velocidad.
4. Selección de materiales
Engranajes: Acero cementado (20MnCr5, 18CrNiMo7-6) para mayor durabilidad.
Corona dentada: Mismo material o metales sinterizados para mayor rentabilidad.
Portaplanetas: Aluminio (ligero) o acero (alto par).
Rodamientos: Rodamientos de contacto angular o de ranura profunda de alta precisión.
5. Cálculos de par y carga
Par de entrada (T_in):
tpulg=Pmotor/motor 2πN
(Donde pmotor = potencia del motor en vatios, Nmotor= velocidad del motor en RPM)
Par de salida (T_out):
Total=Estaño×i×η
(Donde η = eficiencia, normalmente 0,95 por etapa)
Carga de dientes (F_t):
Pies=2Estaño/sol
(Donde sol= diámetro de paso del planeta)
Factor de seguridad: ≥1,5 para aplicaciones AGV.
6. Diseño de dientes de engranaje (selección de módulo)
Módulo (m): Determina el tamaño de los dientes (estándar: 1-3 mm para AGV).
Diámetro de paso (d):
d=m×z
(Donde z = número de dientes)
Espaciado de engranajes planetarios:
(dsol+dplaneta)=dring−dsol/2=
Relación de contacto: ≥1,2 para un funcionamiento suave.
7. Diseño de rodamientos y carcasas
Rodamientos planetarios: rodamientos de agujas para mayor compacidad.
Rodamiento del eje de salida: Rodamientos de rodillos cónicos para cargas axiales.
Carcasa: Aluminio para ahorrar peso o hierro fundido para mayor rigidez.
8. Lubricación y sellado
Lubricación: Grasa (sin mantenimiento) o aceite (alto rendimiento).
Sellos: IP65 o superior para resistencia al polvo/agua.
9. Control de reacción
Engranajes de precisión:
Precarga ajustable: Engranajes planetarios accionados por resorte.
10. Creación de prototipos y pruebas
Análisis FEA: Verifique la tensión en los engranajes y la carcasa.
Prueba de eficiencia: Garantizar >90% de eficiencia general.
Prueba de durabilidad: Funciona bajo carga durante más de 500 horas.
Ejemplo de especificaciones de caja de cambios planetaria AGV
|
Parámetro |
Valor |
|
Potencia del motor |
400W |
|
Velocidad de entrada |
3000 RPM |
|
Velocidad de salida |
150 rpm |
|
Relación de engranajes |
15:1 |
|
Par de salida |
120 Nm |
|
Peso |
|
|
Eficiencia |
≥90% |
|
Contragolpe |
|
Conclusión
Una caja de cambios planetaria bien diseñada para AGV debe equilibrar compacidad, densidad de par y eficiencia. Los diseños de varias etapas son comunes para lograr reducciones elevadas, mientras que la selección de materiales y la fabricación de precisión garantizan la confiabilidad. Utilice CAD (SolidWorks, CATIA) y herramientas de simulación (ANSYS, Romax) para la validación antes de la producción.
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