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A riduttore epicicloidale è un'unità di trasmissione di potenza compatta e a coppia elevata in cui più ingranaggi planetari orbitano attorno a un ingranaggio solare centrale mentre si ingranano con una corona dentata esterna, distribuendo il carico su diversi contatti degli ingranaggi contemporaneamente. Questa architettura offre densità di coppia, efficienza e rigidità che nessuna disposizione di ingranaggi ad asse singolo può eguagliare a parità di dimensioni e peso, rendendo le unità epicicloidali il riduttore preferito nella robotica, nelle macchine utensili CNC, nei servoazionamenti e nell'automazione industriale.
La capacità di coppia del riduttore epicicloidale è fondamentalmente un prodotto della sua architettura di condivisione del carico. Laddove un riduttore elicoidale standard ad alberi paralleli trasferisce la coppia attraverso un singolo ingranaggio, uno stadio planetario a tre planetari condivide la stessa coppia su tre contatti simultanei, riducendo il carico sui singoli denti di circa il 65% per una coppia di uscita equivalente.
In pratica, questo effetto di condivisione del carico consente alle unità epicicloidali di raggiungere coppie di uscita di 10–2.000 Nm in un diametro della flangia per cui un'unità elicoidale richiederebbe 2–3 volte la dimensione dell'alloggiamento. I valori di coppia di picco (la coppia momentanea massima che l'unità può assorbire durante l'accelerazione o l'arresto di emergenza) sono generalmente pari a 2,0–2,5 volte la coppia nominale nominale, fornendo un margine significativo per le applicazioni di servoazionamento con carichi di ciclo dinamico elevati.
| Dimensioni del telaio | Diametro della flangia | Coppia di uscita nominale | Coppia di picco | Intervallo di rapporto tipico |
| PL042 | 42 mm | 8–18 Nm | 20–45 Nm | 3:1 – 100:1 |
| PL060 | 60 mm | 20–50 Nm | 50–125 Nm | 3:1 – 100:1 |
| PL090 | 90 mm | 80–120 Nm | 200–300 Nm | 3:1 – 100:1 |
| PL120 | 120mm | 160–240 Nm | 400–600 Nm | 3:1 – 100:1 |
| PL160 | 160mm | 360–500 Nm | 900–1.250 Nm | 3:1 – 100:1 |
| PL220 | 220 mm | 800–1.200 Nm | 2.000–3.000 Nm | 3:1 – 100:1 |
L'efficienza del riduttore epicicloidale è tra le più elevate di qualsiasi tecnologia di riduzione meccanica: in genere il 97–99% per stadio sotto carico nominale alla temperatura di esercizio. Questa cifra riflette il rapporto di contatto volvente tra gli ingranaggi planetari e sia l'ingranaggio solare che quello della corona, che riduce al minimo l'attrito radente rispetto alle disposizioni di ingranaggi a vite senza fine o conici.
Un singolo stadio planetario con rapporto 3:1–10:1 raggiunge un'efficienza meccanica del 97–99% a pieno carico nominale. A carico parziale (inferiore al 30% della coppia nominale), l'efficienza scende al 93–96% poiché le perdite di trascinamento degli ingranaggi e di tenuta diventano proporzionalmente maggiori. L'equilibrio termico viene raggiunto entro 20–40 minuti di funzionamento continuo alla velocità nominale.
Un'unità a due stadi con rapporto combinato di efficienza dello stadio dei composti 25:1–100:1: 0,98 × 0,98 = 96,0% di efficienza teorica a due stadi. Valori reali del 94-97% tengono conto delle perdite dei cuscinetti, della resistenza delle guarnizioni e dello sbattimento del petrolio nella seconda fase. Ciò rimane sostanzialmente migliore rispetto alle alternative con ingranaggio a vite senza fine (50–90%) o ingranaggio ipoide (95–97%) nello stesso intervallo di rapporti.
Con un'efficienza del 97%, un convertitore di frequenza in ingresso da 5 kW dissipa solo 150 W sotto forma di calore. Un riduttore a vite senza fine con un'efficienza del 75% dissipa 1.250 W per un rendimento identico, richiedendo un raffreddamento forzato al di sopra di cicli di lavoro modesti. Le unità planetarie in servizio continuo raramente richiedono un raffreddamento supplementare inferiore a 10 kW di potenza in ingresso, riducendo i costi e la complessità dell'installazione.
Il gioco del riduttore epicicloidale è il gioco angolare sull'albero di uscita quando l'albero di ingresso è tenuto fermo e l'uscita viene ruotata alternativamente in senso orario e antiorario con una coppia definita. È espresso in minuti d'arco ed è il parametro più critico per la precisione di posizionamento nelle applicazioni di servocomando e controllo del movimento.
Il gioco viene controllato durante la produzione attraverso il precarico applicato ai cuscinetti del portasatelliti, la classe di tolleranza dei denti degli ingranaggi e il metodo di posizionamento dei satelliti: i satelliti montati su perni con fianchi dei denti rettificati ottengono costantemente un gioco più stretto rispetto ai modelli montati su boccole. Il gioco aumenta leggermente nel corso della durata di servizio man mano che i fianchi degli ingranaggi e le piste dei cuscinetti si usurano; le unità epicicloidali di qualità specificano una valutazione della durata del gioco che indica il valore atteso al termine della durata di servizio nominale.
Il gioco nei riduttori epicicloidali viene misurato secondo DIN 3962 / ISO 1328 al 2% della coppia di uscita nominale applicata alternativamente in entrambe le direzioni. I valori indicati a livelli di coppia più elevati appaiono inferiori a causa della deflessione elastica che maschera il gioco: confrontare sempre le specifiche misurate con lo stesso riferimento di coppia.
Il riduttore epicicloidale per servomotori rappresenta l'applicazione dominante delle unità planetarie di precisione: abbina l'elevata densità di coppia e il gioco ridotto del riduttore con l'uscita ad alta velocità e bassa coppia di un servomotore per produrre un attuatore compatto con un controllo preciso della posizione. La corrispondenza corretta richiede l'analisi di tre parametri interdipendenti.
L'inerzia del carico riflessa sull'albero del motore (inerzia del carico divisa per il quadrato del rapporto di trasmissione) deve essere compresa tra 1:1 e 10:1 dell'inerzia del rotore del motore. Rapporti superiori a 10:1 causano instabilità nel circuito di controllo del servo, producendo superamento e oscillazione durante i movimenti di posizione. I riduttori epicicloidali consentono al progettista di utilizzare un motore con telaio più piccolo che funziona a velocità più elevata mantenendo una corrispondenza di inerzia accettabile attraverso la selezione del rapporto.
I servomotori funzionano normalmente a 3.000–6.000 giri/min. I riduttori epicicloidali per applicazioni servo devono essere dimensionati per velocità di ingresso continue in questo intervallo senza eccessivo aumento della temperatura nei cuscinetti del portasatelliti. Le unità planetarie di livello servo premium hanno una potenza nominale in ingresso continua di 6.000 giri/min, con velocità intermittenti di 10.000 giri/min per i transitori di accelerazione.
I servoriduttori epicicloidali utilizzano flange di ingresso standardizzate (IEC/NEMA o servoflange specifiche del produttore) con un mozzo di bloccaggio sull'adattatore dell'albero di ingresso. Questa interfaccia di bloccaggio senza gioco elimina il gioco tra chiavetta e sede che altrimenti aggiungerebbe errore angolare sul lato di ingresso. Le flange di uscita sono conformi alla norma ISO 9409-1 per il collegamento diretto del braccio robot e dell'attrezzatura.
La durata di servizio del riduttore epicicloidale è regolata da tre modalità di guasto: affaticamento del cuscinetto, affaticamento della superficie dei denti degli ingranaggi (vaiolatura) e degrado delle guarnizioni. Di questi, la fatica dei cuscinetti nel portasatelliti è in genere il fattore limitante la vita perché i cuscinetti dei satelliti ruotano a una velocità composita che combina la rotazione del portasatelliti e la rotazione del pianeta, superiore a qualsiasi velocità del singolo cuscinetto in un riduttore elicoidale equivalente.
La durata dei cuscinetti ISO 281 L10 al carico e alla velocità nominali per le unità epicicloidali di qualità varia da 20.000 a 30.000 ore. Al 50% della coppia nominale, una condizione operativa comune nel mondo reale, la durata L10 si estende di un fattore 8 in base alla relazione carico cubico-durata, avvicinandosi a 160.000-240.000 ore di durata teorica del cuscinetto a carico parziale.
La maggior parte dei riduttori epicicloidali sigillati vengono riempiti in fabbrica con grasso sintetico o olio per ingranaggi sintetico e classificati per intervalli di lubrificazione di 10.000–20.000 ore prima che sia necessario un cambio dell'olio. Le unità che funzionano a temperature di uscita continue superiori a 80°C richiedono intervalli più brevi: gli oli per ingranaggi sintetici PAO mantengono la stabilità della viscosità fino a 120°C continui, estendendo gli intervalli di manutenzione alle alte temperature rispetto all'olio minerale.
Le tenute a labbro radiali dell'albero di uscita sono il primo elemento di manutenzione in un riduttore epicicloidale: in genere vengono sostituite dopo 15.000-20.000 ore o quando l'usura della superficie dell'albero provoca trafilamenti visibili. In ambienti contaminati (lavaggio, polvere, nebbia di refrigerante), le tenute di uscita a labirinto con connessioni di spurgo dell'aria positive prolungano la durata della tenuta di 3-5 volte rispetto ai modelli di tenuta a labbro standard.
Il riduttore epicicloidale La decisione rispetto al riduttore elicoidale dipende dal fatto che l'applicazione dia priorità alla compattezza e alla densità di coppia oppure alla semplicità e al costo a livelli di carico inferiori. Entrambi sono sistemi di ingranaggi ad alta efficienza: le differenze risiedono nel fattore di forma, nella gamma di rapporti, nel controllo del gioco e nel costo totale di proprietà a diversi livelli di servizio.
| Attributo | Riduttore epicicloidale | Riduttore elicoidale |
| Densità di coppia | Molto alto: 3x elicoidali con lo stesso diametro dell'alloggiamento | Moderato: alloggiamento più grande per una coppia equivalente |
| Efficienza (singolo stadio) | 97–99% | 96–99% |
| Gioco (grado di precisione) | <3 arcomin achievable | 5–20 arcmin tipici |
| Gamma di rapporti (stadio singolo) | 3:1 – 10:1 | 1,5:1 – 8:1 |
| Intervallo di rapporto (due stadi) | Fino a 100:1 | Fino a 50:1 |
| Alberi I/O coassiali | Sì: ingresso e uscita sullo stesso asse | No: offset parallelo o ad angolo retto |
| Livello di rumore | 60–72 dB(A) alla velocità nominale | 55–68 dB(A) — leggermente più silenzioso a basso carico |
| Costo unitario | Superiore: è richiesta una produzione di precisione | Inferiore: lavorazione e assemblaggio più semplici |
| Applicazioni ideali | Servoazionamenti, robotica, CNC, automazione | Macchinari generali, pompe, ventilatori, trasportatori |
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SGR è un produttore di cambi di industria accreditato da DNV ISO 9001 dal 1996. Forniamo diversi riduttori di attrezzatura ai marchi in tutto il mondo.
