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Microriduttori GPX UP di maxon
maxon ha sviluppato un esclusivo upgrade, ovvero una nuova serie di prodotti per il proprio microriduttore standard: un'ampia gamma di ottimizzazioni delle prestazioni offrono nuove opportunità e una potenza elevata con una forma compatta.
Le prime idee del riduttore UP sono nate nel contesto del progetto di Marte dell'ESA “ExoMars” e del progetto “Mars 2020” della NASA per assicurare la massima disponibilità possibile anche in condizioni ambientali estreme.
I progressi tecnologici pionieristici avvengono spesso in relazione alla Formula 1 e poi trovano gradualmente la propria strada su ogni veicolo a motore: con maxon, questi progressi avvengono spesso inizialmente mentre si lavora a progetti aerospaziali per essere poi introdotti nel settore industriale.
GPX UP, una nuova potente gamma di riduttori
Un grande vantaggio di questa nuova gamma di riduttori è la loro efficienza: questa può essere definita come il rapporto tra potenza in uscita e potenza in ingresso. Riducendo notevolmente l'attrito prodotto in qualsiasi sistema meccanico si ottiene direttamente l'ottimizzazione dell'azionamento. Nel nuovo riduttore planetario GPX nella serie UP, con il riposizionamento tecnico gli ingranaggi planetari, che nei riduttori planetari tradizionali si trovano direttamente sui cuscinetti lisci sull'asse portante, sono ora collocate sopra i cuscinetti a sfere o ad aghi. Nell'ingegneria meccanica, questo viene chiamato “transizione dall'attrito radente all'attrito volvente.”
Se prendiamo un GPX32 UP con struttura a tre stadi come esempio, è possibile ottenere un'efficienza di circa il 90%. I riduttori miniaturizzati equivalenti hanno un valore di circa il 70%. Rispetto al design tradizionale, possiamo affermare che grazie ai progressi nella progettazione sopra citati, si ottiene un aumento dell'efficienza con un fattore di 1,3 – ossia del 30% – (Fig. 3).
Ciò incide direttamente su altri parametri del sistema di azionamento: a fronte della stessa potenza di ingresso, ossia usando lo stesso motore e lo stesso sistema di comando del motore, il riduttore può offrire il 30% di coppia in più. In altre parole: la stessa potenza di uscita richiederà il 23% di coppia in ingresso in meno per l'azionamento. Ciò comporta un tempo di azione potenziale molto più lungo fino al successivo ciclo di carica, soprattutto per le applicazioni a batteria.
In conseguenza della riduzione della corrente in ingresso necessaria, il motore utilizzato può essere inoltre impiegato con un punto di esercizio più favorevole. Questo fattore aumenta inoltre l'efficienza del motore e con essa l'intero sistema di azionamento.
In alternativa, è possibile utilizzare motori ed elettronica più piccoli e/o più leggeri, con vantaggi non solo in termini di peso ma anche di costi.
Vita utile significativamente migliore per i riduttori: come descritto sopra, l'attrito nei sistemi ingranaggio planetario-asse può essere notevolmente ridotto. Al contempo, la generazione di calore causata dal funzionamento dell'azionamento viene notevolmente ridotta perché c'è meno potenza di attrito. In particolare nelle applicazioni in cui le temperature non devono superare un determinato livello (come negli strumenti elettrici medici), la potenza di uscita è migliore.
La durata del lubrificante ha un ruolo importante in termini di usura e deterioramento per i componenti meccanici del riduttore. Maggiore è la sollecitazione termica, più velocemente si perdono le proprietà lubrificanti, e più precoce e grave è l'abrasione del sistema meccanico. Le particelle di metallo abrase comportano anche l'agglutinazione del lubrificante, con potenziale esaurimento dell'azione lubrificante.
Se l'apporto di calore viene limitato, è possibile ottenere una maggiore vita utile se le condizioni operative rimangono le stesse. Questo effetto è una delle caratteristiche straordinarie di GPX UP: la vita utile è 5 volte maggiore rispetto ai tradizionali riduttori maxon analoghi. A confronto con i modelli della concorrenza attualmente sul mercato è maggiore di 11 volte.
Come alternativa alla maggiore vita utile, è possibile utilizzare riduttori molto più piccoli grazie al significativo miglioramento del rapporto coppia/diametro (densità di potenza).
Una funzione extra: la reversibilità dei riduttori
I vantaggi del nuovo design non sono solo riflessi nei miglioramenti dei singoli parametri delle specifiche del riduttore. È invece possibile coprire nuove aree di applicazione con riduttori GPX UP, in particolare quelle note come applicazioni con feedback di forza.
Con queste applicazioni, entrano in gioco i vantaggi della progettazione della versione GPX UP. L'uso degli ingranaggi planetari montati rendono possibile la controrotazione uniforme dei riduttori durante il normale funzionamento e, se necessario, possono fornire un feedback all'operatore. In termini più precisi: il feedback meccanico misurabile o tattile viene fornito agli elementi che generano la forza e la coppia. Per ottenere questo feedback, i riduttori devono essere reversibili, ossia ogni coppia o variazione nella coppia applicata sul lato in uscita dell'azionamento deve essere convogliata in modo proporzionale al lato in ingresso.
Il seguente esempio dimostra questa applicazione: Nel controllo di volo elettronico (fly-by-wire), i movimenti di sterzata del pilota non vengono trasmessi meccanicamente o idraulicamente all'attuatore, come nei sistemi tradizionali, ma elettronicamente. In questo modo però l'operatore inizialmente perde tutto il feedback tangibile sulle sterzate. Con l'uso di un azionamento nella barra di comando, il feedback trasmesso elettronicamente viene convogliato meccanicamente alla mano del pilota. La rotazione inversa è particolarmente necessaria durante il normale funzionamento perché l'azionamento aggiuntivo installato non deve impedire i movimenti della leva di comando.
Un processo simile si applica agli innovativi robot chirurgici nel campo della microchirurgia e della telechirurgia (fig. 5). In questo caso è fondamentale inoltre che l'operatore riceva un feedback diretto e tangibile dei movimenti eseguiti e dei tessuti sani che non devono essere toccati. Gli azionamenti reversibili sono inoltre richiesti nella costruzione di impianti e macchinari: ai fini della configurazione, gli assi della macchina devono essere mobili dal lato di uscita, senza potenza elettrica.
Riduttori ad alte prestazioni personalizzabili
I nuovi modelli GPX UP combinano una serie di importanti vantaggi del prodotto: più potenza, maggiore coppia, migliore efficienza, vita utile notevolmente prolungata, minore generazione di calore, meno peso nel sistema di azionamento e anche la funzione di reversibilità aggiuntiva nei riduttori multistadio.
Considerando solo i primi due fattori, possiamo definirli come riduttori “ultra potenti”. Con le altre proprietà elencate qui, è semplice comprendere perché UP è l'acronimo di Ultra Performance.
I riduttori Ultra Performance GPX di maxon sono già disponibili nei diametri GPX22 UP e GPX32 UP e, come ogni altra serie “X”, sono personalizzabili e disponibili per gli ordini online. La versione GPX42 UP verrà lanciata nella primavera del 2020. Inoltre, i riduttori personalizzabili della serie Ultra Performance sono ora disponibili nelle misure Ø 8–58 mm.