En el diseño de una articulación de muñeca para un robot quirúrgico mínimamente invasivo, el par de control sin juego debe emitirse dentro de un espacio de menos de 50 mm de diámetro, por lo que es muy difícil adaptar los reductores estándar del mercado.
Los juegos de engranajes planetarios son una especie de respuesta al problema y la precisión del mecanizado de engranajes es la clave de su éxito. Este artículo explicará paso a paso el proceso de fabricación de engranajes de precisión y le mostrará cómo elegir una empresa confiable de fabricación de engranajes de precisión.
Tabla de respuestas principales
Contenido principal
Solución rápida
Proceso de fabricación de precisión
El proceso de fabricación de precisión comienza con la selección del acero de aleación de mayor pureza. Un control preciso durante todo el proceso permite alcanzar una precisión a nivel de micras y una densidad de par de hasta 300 Nm/kg.
Engranaje planetario versus engranaje helicoidal
La eficiencia del engranaje planetario de una sola etapa es tan alta como 97%-98%, sin embargo, cae a solo 50%-90% para el engranaje helicoidal. Los engranajes helicoidales poseen propiedades de autobloqueo, pero los engranajes planetarios basados en un sistema mecánico necesitarán frenos adicionales.
Valor personalizado
Mediante el uso de un número de dientes no estándar, un diseño integrado y recubrimientos especiales, los problemas de aplicación se abordan eficazmente, como el espacio muy limitado, la lubricación inadecuada y las cargas de impacto.
Frontera de la fabricación a gran escala
Técnicas como la cementación profunda y el enfriamiento por presión, el endurecimiento por inducción de las superficies de los dientes y la tecnología de pasador flexible permiten superar los límites de ligereza y torque en transmisiones a nivel de megavatios.
Selección de proveedor
La evaluación principal se centra en la agilidad del proveedor para responder, la capacidad para implementar el estándar AGMA y estar equipado con una plataforma de prueba de carga completa. La colaboración técnica garantiza la base de una relación cooperativa a largo plazo.
Conclusiones clave:
Con la ayuda de la última fabricación de engranajes de precisión, la densidad de par de los engranajes planetarios se puede maximizar hasta una cifra impresionante de 300 Nm/kg y, por lo tanto, son la solución preferida para sistemas mecánicos muy compactos y de alto par.
La precisión del engranaje, su durabilidad y la capacidad de transmisión de par se deciden directamente en todos y cada uno de los pasos de la fabricación de engranajes de alta precisión.
Las situaciones extremas requieren la fabricación de engranajes personalizados como la única opción viable para abordar y resolver los desafíos que surgen de dichas aplicaciones.
Los factores determinantes que más importan son las asociaciones técnicas y las pruebas prácticas para comprobar el rendimiento real de una empresa de fabricación de engranajes de precisión.
¿Por qué confiar en JS Precision en la fabricación de engranajes planetarios?
Durante más de diez años, JS Precision se ha dedicado ampliamente al mecanizado de engranajes y a la fabricación de engranajes de precisión. Se trata de una empresa de producción con la cadena completa de capacidades desde el diseño y la I+D hasta la producción en masa y la entrega.
Hemos suministrado más de 100.000 juegos de engranajes planetarios de alta precisión a industrias como la aeroespacial, la robótica médica y los equipos de energía eólica y hemos resuelto más de 500 desafíos de diseño de ingeniería relacionados con espacios pequeños y situaciones de alto torque.
Todos los productos se verifican para determinar precisión AGMA nivel 12 o superior y la empresa posee un banco de pruebas de potencia cerrado de 6,4 MW que es capaz de medir el ruido del producto, el aumento de temperatura y la eficiencia en condiciones de carga completa, de modo que la confiabilidad del producto está garantizada desde la fuente.
La experiencia promedio del personal de mecanizado de engranajes de JS Precision es de 15 años, lo que les permite crear soluciones de procesamiento hechas a medida para diferentes aplicaciones. Pueden lograr un control a nivel de micras de todo el proceso, desde la elección de los materiales hasta el recubrimiento de la superficie.
Con respecto a la fabricación de engranajes planetarios de turbinas eólicas de gran tamaño, el proceso profundo de cementación y enfriamiento de JS Precision puede mantener la deformación de anillos de engranajes con diámetros de más de 2 metros al nivel de micras.
En la fabricación de engranajes para microrobots médicos, su proceso de rectificado de engranajes alcanza constantemente la precisión DIN 3, cumpliendo el requisito definitivo de juego cero.
Además, JS Precision ha establecido una cadena de suministro y un sistema de servicio a nivel mundial. Ofrecen a los clientes globales un paquete de cotización completo que incluye soluciones técnicas, rutas de proceso y cronogramas de proyectos dentro de las 48 horas para garantizar una comunicación transparente y una entrega oportuna.
Elegir JS Precision no solo garantiza productos de engranajes planetarios de alta precisión, sino que también le brinda soporte de colaboración técnica a un nivel profundo. Nuestros ingenieros le ayudarán en cada paso, desde el primer análisis DFM del diseño hasta la optimización del proceso en la producción en masa, ayudándole así a evitar desvíos innecesarios en el diseño del producto.
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¿Qué es un conjunto de engranajes planetarios y por qué es el núcleo para lograr un alto par y un diseño compacto?
En el mecanizado de engranajes de equipos de alta gama, los juegos de engranajes planetarios son el núcleo de un alto par y un diseño compacto, con importantes ventajas en la división de potencia. La ISO 6336-1:2023 también especifica sus especificaciones de diseño y fabricación.
Estructura básica y principio de funcionamiento de los engranajes planetarios
Un conjunto de engranajes planetarios consta de cuatro componentes principales que están dispuestos en una configuración coaxial que incluye un engranaje solar, engranajes planetarios, una corona y un portasatélites.
El engranaje solar sirve como fuente de energía que transfiere energía a los engranajes planetarios que distribuyen energía al portasatélites y al sistema de engranajes anulares. El sistema logra su diseño compacto mediante el uso de componentes coaxiales.
Ventajas principales de los engranajes planetarios en la utilización del espacio y la densidad de par en comparación con los diseños de engranajes tradicionales
Los engranajes planetarios ofrecen mejores ventajas que los engranajes helicoidales de eje paralelo porque sus beneficios dependen de técnicas avanzadas de fabricación de engranajes.
Las cajas de engranajes planetarios requieren más de un 50 % menos de espacio según la misma relación de reducción y requisitos de par, mientras que los productos de grado industrial alcanzan los 300 Nm/kg y los productos aeroespaciales superan los 150 Nm/kg.
Desviación de profundidad de la capa endurecida 0,1 mm
ISO 6336
Horno de cementación al vacío
Rectificado de engranajes
Error de perfil dental 0,001 mm
grado DIN 3-5
Máquina rectificadora de ruedas helicoidales
Granallado
Esfuerzo de compresión superficial 500MPa
AGMA 9005
Máquina de granallado CNC
Ensamblaje
Desviación de coaxialidad 0,005 mm
AGMA grado 12
Plataforma de montaje de precisión
Figura 1: diagrama esquemático de un conjunto de engranajes planetarios, que muestra el engranaje solar, los engranajes planetarios, la corona estacionaria y el portaengranajes planetarios etiquetados.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los engranajes planetarios en comparación con los engranajes helicoidales en soluciones de transmisión compactas?
La decisión entre engranajes planetarios y engranajes helicoidales en la fabricación de engranajes de precisión debe considerar tres factores que incluyen eficiencia operativa, requisitos de espacio y capacidades de rendimiento.
Los dos procesos requieren diferentes métodos de fabricación que dependen de las necesidades particulares del proyecto.
Comparación directa de la eficiencia de la transmisión y las características de autobloqueo
Los engranajes planetarios de una sola etapa sometidos a una fabricación de engranajes de alta precisión logran una eficiencia operativa 97-98 % mientras que los sistemas de tres etapas mantienen niveles de eficiencia superiores al 90 %.
La eficiencia del engranaje helicoidal oscila entre 50-90 % porque las fuerzas de fricción por deslizamiento reducen su eficiencia cuando aumentan las relaciones de velocidad.
Los engranajes planetarios necesitan frenos adicionales, mientras que los engranajes helicoidales tienen capacidades de autobloqueo.
Diferencia en la ocupación del espacio para la misma salida de par
El sistema planetario de tres etapas muestra una dimensión de 120 mm × 200 mm y un peso de 18 kg con un par de salida de 1000 Nm y una relación de reducción de 60:1.
El engranaje helicoidal puede lograr esto con una sola etapa, pero mide 200 mm × 250 mm y pesa 35 kg, lo que lo hace mucho más pesado que el sistema planetario.
Parámetros de rendimiento
Engranaje planetario de una sola etapa
Engranaje helicoidal, relación 60:1
Eficiencia de transmisión
97%-98%
55%-60%
Densidad de par (Nm/kg)
≥150
≤50
Utilización del espacio
Alto (diseño coaxial)
Bajo (requiere carcasa de disipación de calor)
Función de bloqueo automático
Ninguno, requiere freno adicional
Sí, se logra cuando el ángulo de avance <ángulo de fricción
Ruido de funcionamiento
50-60 dB(A)(optimizado)
45-55 dB(A)
Vida útil (horas)
≥20000
≤8000
Frecuencia de mantenimiento
Bajo
Alto (requiere reemplazo regular de grasa)
Tome la decisión correcta según los escenarios de aplicación
Buscando eficiencia, compacidad, larga vida útil y cero juego, como juntas de robot y torretas CNC, se prefieren los engranajes planetarios, y la fabricación de engranajes de alta precisión puede lograr el máximo rendimiento.
Si necesita requisitos de bloqueo automático, bajo nivel de ruido y baja eficiencia, como plataformas elevadoras pequeñas, elegir un engranaje helicoidal es más adecuado.
Póngase en contacto con los ingenieros de JS Precision para obtener una estimación de costos gratuita para las soluciones de engranajes planetarios y engranajes helicoidales, y elija la solución de transmisión que mejor se adapte a su escenario de aplicación.
¿Cómo lograr una fabricación de engranajes de alta precisión? Proceso clave revelado
La fabricación de engranajes de alta precisión es un proceso sistemático que requiere un control de nivel micrométrico desde la selección del material hasta el mecanizado de precisión, determinando directamente la precisión, densidad de par y vida útil de los engranajes planetarios. Es el núcleo de los juegos de engranajes planetarios de alto rendimiento.
Selección y pretratamiento del acero para engranajes
Los engranajes planetarios utilizan principalmente aceros de aleación de alta pureza como 18CrNiMo7-6 y 20CrMnTi para garantizar la tenacidad del núcleo y la dureza de la superficie. El proceso de pretratamiento comienza con el forjado y la normalización antes de proceder al mecanizado de desbaste que establece la base necesaria para el trabajo de mecanizado de precisión.
Procesos principales de fabricación: tecnología de tallado con fresado de precisión, conformación de engranajes y rectificado de engranajes
Los procesos de tallado y conformación de engranajes trabajan juntos para crear piezas rugosas que requieren procesamiento adicional. Las fresadoras CNC de JS Precision funcionan con resultados de precisión consistentes que cumplen con el estándar DIN 6-7.
El proceso de rectificado de engranajes sirve como procedimiento principal para la fabricación de engranajes de alta precisión porque repara la distorsión del tratamiento térmico y produce resultados de precisión DIN 3-5 que permiten que el sistema funcione sin ningún juego.
Tratamiento térmico y acabado superficial
El proceso principal de tratamiento térmico requiere cementación y enfriamiento. La profundidad efectiva de la capa endurecida de los engranajes del módulo 5 debe controlarse entre 0,8 y 1,2 mm.
Según la hoja informativa AGMA 938-A05, el granallado puede mejorar la vida útil de la fatiga por flexión del engranaje en más de un 20 %. En situaciones donde la lubricación es insuficiente, el uso de recubrimientos DLC y W-S-C ayuda a disminuir los niveles de fricción.
Figura 2: Una vista en primer plano de dos engranajes metálicos mecanizados con precisión con un acabado brillante entrelazados contra un fondo oscuro.
¿Cómo resuelve la fabricación de engranajes personalizados los desafíos de aplicaciones específicas?
En la fabricación de engranajes de precisión, los productos disponibles en el mercado generalmente no satisfacen las demandas de equipos de muy alta gama. La fabricación de engranajes a medida permite, mediante modificaciones a medida, el ajuste completo de los juegos de engranajes planetarios a condiciones específicas, este es su principal valor.
Relación de velocidad y ajustes de fase: adaptación de engranajes para combinaciones específicas
La fabricación de engranajes personalizados puede proporcionar combinaciones de engranajes no estándar para que se puedan obtener relaciones de velocidad exactas con un error del 0,1%. Además, el ruido de la transmisión se puede reducir entre 3 y 5 dB(A) mediante la optimización de la fase del engranaje planetario, cumpliendo así con los requisitos de silencio de los robots médicos, etc.
Integración de Portadores Planetarios con Rodamientos y Diferenciales
El diseño integrado es una tendencia importante en la fabricación de engranajes personalizados. La combinación del portasatélites con rodamientos y carcasas de diferencial reduce el número de piezas y los errores de montaje. Tras esta optimización, los reductores de vehículos eléctricos podrán reducir su tamaño en más de un 15%.
Recubrimientos especiales: para escenarios de mala lubricación o carga de impacto
En el sector aeroespacial y otros entornos, los engranajes se recubren con recubrimientos W-S-C o DLC mediante una fabricación de engranajes personalizada, que puede reducir el coeficiente de fricción a menos de 0,1, eliminar el fallo de la "soldadura en frío" y también mejorar la capacidad de resistencia al impacto.
¿Cómo está evolucionando la fabricación de engranajes grandes para accionamientos planetarios a escala de megavatios?
La fabricación de engranajes de gran tamaño atiende a aplicaciones de accionamiento a escala de megavatios que requieren una capacidad de par muy alta, peso ligero y alta confiabilidad. La fabricación de engranajes de precisión a nivel micro controla la calidad en cada etapa de la producción y fomenta la innovación constante.
Carburización y enfriamiento profundos: abordar el problema del control de la deformación de anillos de engranajes grandes
Cuando se cementan profundamente (>4 mm) anillos de engranaje grandes con un diámetro de más de 2 metros, el enfriamiento puede causar fácilmente deformación. La La fabricación de engranajes grandes utiliza enfriamiento por presión, que puede controlar la deformación hasta el nivel de micras para garantizar la alta precisión del anillo del engranaje.
Desafío de alta densidad de par: aplicación de tecnología de endurecimiento por inducción
Los anillos de engranaje internos ultra grandes pueden utilizar endurecimiento por inducción de la superficie del diente y obtener una capa endurecida de más de 5 mm. La tensión de compresión residual en la raíz del diente mejora en gran medida la capacidad de torsión del engranaje y su resistencia a la fatiga, además de hacerlo compatible con los requisitos de la escala de megavatios.
Diseño de anillo de engranaje de paredes delgadas que incorpora tecnología de pasador flexible
La reducción de peso es una consideración importante en la fabricación de engranajes grandes. Los anillos dentados de paredes delgadas permiten una reducción de peso de más del 30%. Cuando se complementa con tecnología de pasador flexible, se pueden compensar las imprecisiones de deformación y mecanizado, garantizando así una carga uniforme y operaciones estables.
Vea los estudios de casos exitosos de fabricación de engranajes grandes de JS Precision para comprender las soluciones de fabricación y optimización para engranajes planetarios de nivel de megavatios.
¿Cómo seleccionar una empresa de fabricación de engranajes de precisión para lograr el éxito a largo plazo?
La elección de una empresa confiable de fabricación de engranajes de precisión debe determinarse a través de su colaboración técnica, capacidades de proceso y capacidades prácticas de prueba y verificación y no mediante la simple compra de piezas. Es uno de los puntos principales para llevar a cabo con éxito diseños de engranajes planetarios.
Velocidad de respuesta y transparencia: paquete de cotización detallada en 48 horas
Las empresas de fabricación de engranajes de precisión de primera clase podrán presentar un paquete de cotización completo que contenga soluciones técnicas, rutas de proceso y precios en un plazo de 48 horas. Además de eso, lo mantendrán informado sobre cualquier problema potencial que encuentren durante la ejecución del proyecto para garantizar la entrega.
Huella global y servicio local: familiaridad con los estándares AGMA
Si está seleccionando una empresa de fabricación de engranajes de precisión para los productos que se exportarán a América del Norte, tendrá que elegir una que esté muy familiarizada con los estándares AGMA y que al mismo tiempo tenga una presencia global y capacidades de servicio local para reducir los riesgos de la cadena de suministro.
Banco de pruebas de alta potencia para validación de carga completa
Un banco de pruebas de potencia cerrado a nivel de megavatios propiedad de una empresa de fabricación de engranajes de precisión centrada en la investigación es un buen indicador. Emula las condiciones de trabajo reales para comprobar la validez del producto, proporciona informes de prueba y reduce los riesgos de la aplicación.
Consulta personalizada con los ingenieros de selección de JS Precision para aprender cómo evaluar científicamente las capacidades integrales de una empresa de fabricación de engranajes de precisión.
Figura 3: Dentro de un gran taller de fabricación, los trabajadores operan grandes máquinas cortadoras de engranajes bajo una iluminación brillante, con estantes de piezas cerca.
Estudio de caso de JS Precision: articulaciones ligeras de un robot colaborativo de 450 kg a 360 kg
En la aplicación de la fabricación de engranajes de precisión y la fabricación de engranajes personalizados, hemos resuelto el problema del aligeramiento y la mejora del par de las articulaciones de muñeca de robots de 7 ejes para una empresa líder en robots colaborativos, y hemos logrado avances en el rendimiento mediante la optimización del proceso de mecanizado de engranajes.
Antecedentes del cliente
Este cliente es una empresa de robots colaborativos de fama mundial que tuvo que crear articulaciones de muñeca para la nueva generación de robots colaborativos de 7 ejes. Los principales requisitos eran ligero, alto par y cero juego. La solución actual ya había alcanzado sus límites de rendimiento y no podía satisfacer los requisitos de diseño del nuevo producto.
Solución original
El cliente utilizó por primera vez una solución reductora de armónicos normal. El módulo de articulación de muñeca pesaba 450 g, que es el límite de densidad de torsión en la industria, por lo que no hay forma de reducir aún más el peso. Además, el reducido espacio no ha permitido aumentar la potencia de par, lo que frustra el desarrollo de nuevos productos.
Solución de JS Precision
El equipo de ingeniería de JS Precision intervino en el proceso de diseño del cliente desde el principio, colaboró con el cliente para desarrollar y cambió el esquema armónico estándar a un esquema de reducción planetaria basado en fabricación de engranajes personalizados.
Los principales métodos de optimización incluyen las siguientes actividades:
El engranaje utiliza acero de aleación de alta pureza 18CrNiMo7-6 cuyo proceso de fabricación produce precisión DIN 4 manteniendo cero juego a través de sus técnicas de fabricación de engranajes de alta precisión que incluyen carburación, enfriamiento y rectificado.
El diseño del portaplanetario, la brida de salida y el anillo interior del rodamiento de rodillos cruzados está combinado en un solo componente, lo que reduce los errores de ensamblaje gracias a su reducido número de piezas.
El proceso de fabricación de engranajes personalizado permite un diseño de fase preciso de los engranajes planetarios, lo que permite un funcionamiento suave a través del diseño del respaldo del engranaje.
La aplicación de recubrimiento de DLC (carbono similar al diamante) a todos los engranajes planetarios y las superficies del engranaje solar permite reducir la fricción, lo que permite que los engranajes transmitan un par idéntico en un espacio más pequeño.
Resultados
El peso del módulo de articulación disminuyó de 450 g a 360 g después del trabajo de optimización, lo que representó una reducción de peso del 20 %. El sistema mantuvo su mismo volumen al tiempo que ofrecía un aumento del 15 % en el par máximo. El sistema funcionó con un nivel de ruido inferior a 50 dB(A), lo que cumplió con el requisito de juego cero.
Testimonio de cliente:
Nuestro objetivo de diseño de una mayor relación carga-peso para los robots Williams se logró a través de la tecnología de fabricación de engranajes de precisión y las capacidades de diseño personalizado de JS Precision. Nuestros nuevos productos se han lanzado con éxito en el mercado global y han recibido grandes elogios de nuestros clientes.
Comuníquese con el equipo de ingeniería de JS Precision de inmediato para enviar sus requisitos de diseño de juntas robóticas y obtener soluciones livianas exclusivas y personalizadas para la fabricación de engranajes.
Figura 4: diagrama de sección transversal que ilustra la amplificación del par a través de etapas de engranajes cónicos y planetarios.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Qué nivel de precisión puede alcanzar la fabricación de engranajes de precisión?
La fabricación de engranajes de precisión alcanza niveles de revolución como DIN 5 o AGMA 13 o superiores para engranajes planetarios mediante técnicas de fabricación de precisión. El rectificado de engranajes puede alcanzar un nivel de precisión de DIN 3 o incluso un requisito de juego cero.
P2: ¿Cuáles son las principales ventajas de los engranajes planetarios en comparación con los engranajes helicoidales?
Los engranajes planetarios se caracterizan por una eficiencia de transmisión muy alta (97 %-98 % por etapa), tamaño compacto y gran densidad de par. Los engranajes helicoidales ofrecen sólo la ventaja del bloqueo automático, pero su eficiencia es bastante menor que la de los engranajes planetarios.
P3: ¿Cuál es el proceso de rectificado de engranajes en la fabricación de engranajes de alta precisión?
El rectificado de engranajes comprende el principal proceso de acabado en la fabricación de engranajes de alta precisión. Se puede utilizar para borrar las deformaciones de los engranajes después del tratamiento térmico y alcanzar el acabado superficial y la precisión del perfil del diente más altos posibles.
P4: ¿Qué sucede si los engranajes se deforman después del tratamiento térmico?
Si los engranajes se deforman después del tratamiento térmico, el rango de deformación se puede limitar a 0,05 mm mediante enfriamiento por presión, un tipo de método de fabricación de engranajes de precisión, y el siguiente rectificado de engranajes puede corregir el error adicional y garantizar la precisión del engranaje.
P5: ¿Qué materiales se utilizan habitualmente para los engranajes planetarios?
En la fabricación de engranajes de precisión, los engranajes planetarios generalmente aprovechan acero de aleación de alto rendimiento como 20CrMnTi, que es un material que puede proporcionar suficiente tenacidad central y dureza superficial para cumplir con los requisitos de alto par.
P6: ¿Qué hardware se debe considerar al elegir una empresa de fabricación de engranajes de precisión?
Es una buena práctica centrarse en máquinas rectificadoras de conformado CNC, máquinas de medición por coordenadas y bancos de pruebas cerrados de alta potencia o equipos centrales similares al elegir una empresa de fabricación de engranajes de precisión.
P7: ¿Puede JS Precision proporcionar informes de prueba de cajas de cambios?
Además de tener un 6. Banco de pruebas de potencia cerrado de clase 4MW, JS Precision es capaz de generar informes de pruebas completos sobre ruido, aumento de temperatura, eficiencia y otros aspectos analizados en condiciones de carga completa.
P8: ¿Cuánto tiempo lleva desde el diseño personalizado hasta la producción en masa?
Normalmente, el período de entrega de un prototipo simple en la fabricación de engranajes personalizados será de 4 a 6 semanas, mientras que la entrega de un proyecto complejo que incluye moldes y pruebas puede demorar de 12 a 16 semanas.
Resumen
La fabricación de engranajes de precisión es muy importante para obtener el máximo rendimiento de los engranajes planetarios. Además de eso, la fabricación de engranajes personalizados y de gran tamaño también son formas de mejorar los límites de la aplicación.
Como empresa profesional de fabricación de engranajes de precisión, JS Precision puede brindarle soporte técnico completo para sus diseños compactos de alto torque y darles vida.
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Nuestra fábrica está equipada con más de 100 centros de mecanizado de 5 ejes de última generación, certificados ISO 9001:2015. Brindamos soluciones de fabricación rápidas, eficientes y de alta calidad a clientes en más de 150 países alrededor del mundo. Ya sea que se trate de producción en pequeño volumen o personalización a gran escala, podemos satisfacer sus necesidades con la entrega más rápida en 24 horas. Elija JS Precision, esto significa eficiencia en la selección, calidad y profesionalismo. Para obtener más información, visite nuestro sitio web:www.cncprotolabs.com
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