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Microrredutores GPX UP da maxon

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A maxon desenvolveu uma atualização única na forma de uma nova série de produtos para o seu microrredutor padrão: uma ampla gama de melhorias de desempenho oferece novas oportunidades e alta potência num formato compacto.


As primeiras ideias para o redutor UP nasceram no contexto do projeto de Marte da AEE “ExoMars” e do projeto “Mars 2020” da NASA, em que era necessário garantir a máxima disponibilidade possível, mesmo em condições ambiente extremas.


Os avanços tecnológicos pioneiros são muitas vezes realizados no âmbito da Fórmula 1, encontrando depois gradualmente o seu caminho até aos veículos do dia-a-dia — com a maxon, estes avanços ocorrem frequentemente durante o trabalho em projetos aeroespaciais, sendo depois introduzidos no setor industrial.

GPX UP, uma nova e potente gama de redutores


Uma grande vantagem desta nova gama de redutores é a sua eficiência. Esta pode ser definida como a relação entre a potência de saída e a potência de entrada. A redução significativa do atrito produzido em qualquer sistema mecânico conduz naturalmente à otimização do acionamento. No novo redutor planetário GPX da série UP, um reposicionamento técnico significa que as rodas planetárias, que nos redutores planetários tradicionais se encontram em rolamentos lisos diretamente no eixo de suporte, estão agora situadas acima dos rolamentos de esferas ou de agulhas. Na engenharia mecânica, isto é referido como uma “transição do atrito de escorregamento para o atrito de rolamento”.


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Fig. 1 Imagem dos rolamentos planetários num redutor Space-UP, Ø 22 mm


Se tomarmos como exemplo um GPX32 UP em construção de três fases, então é possível atingir uma eficiência máxima de cerca de 90%. Os redutores em miniatura comparáveis atingem cerca de 70%. Em comparação com o design convencional, podemos dizer que, através dos avanços de engenharia acima referidos, se consegue um aumento da eficiência por um fator de 1,3 — ou seja, 30% (Fig. 3).


Isto também afeta diretamente outros parâmetros do sistema de acionamento: com a mesma potência de entrada, ou seja, utilizando o mesmo motor e o mesmo sistema de controlo do motor, o redutor é capaz de fornecer um binário 30% superior. Ou dito de outra forma: a mesma potência de saída exigirá 23% menos potência de entrada para o acionamento. Isto resulta num tempo de ação potencial muito mais longo até ao próximo ciclo de carga, particularmente para aplicações alimentadas por bateria.


Como resultado da redução da potência de entrada necessária, o motor utilizado pode, além disso, ser operado num ponto de operação mais favorável. Este fator também melhora a eficiência do motor e, consequentemente, de todo o sistema de acionamento.


Como alternativa, podem ser utilizados sistemas eletrónicos e motores mais pequenos e/ou mais leves, com vantagens não só em termos de peso, mas também em termos de custos.


Vida útil significativamente mais longa para os redutores: tal como supramencionado, o atrito no sistema de eixo de roda planetário pode ser consideravelmente reduzido. Ao mesmo tempo, a produção de calor resultante do funcionamento do acionamento é visivelmente reduzida, pois existe menos potência de atrito. Especialmente em aplicações onde as temperaturas não devem exceder um determinado nível (tais como nas ferramentas elétricas médicas), existe uma potência de saída melhorada.

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Fig. 3 Curva de eficiência do binário no GPX32 UP e GPX32 (linha tracejada)

 


A durabilidade do lubrificante desempenha um papel importante em termos de desgaste nos componentes mecânicos do redutor. Quanto maior for a tensão térmica, mais rapidamente se perdem as suas propriedades lubrificantes e mais cedo e, consequentemente, mais grave é a abrasão no sistema mecânico. As partículas metálicas desgastadas também provocam uma aglutinação do lubrificante, podendo resultar numa degradação da sua ação lubrificante.


Se a entrada de calor for limitada, nas mesmas condições de operação, pode ser alcançada uma vida útil mais longa. Este efeito é uma característica notável do GPX UP: a vida útil é 5 vezes superior comparativamente a redutores maxon tradicionais similares. Em comparação com os modelos concorrentes atualmente no mercado, é 11 vezes superior.


Como alternativa a uma vida útil mais longa, podem ser utilizados redutores muito mais pequenos e mais leves, devido à melhoria significativa da relação binário/diâmetro (densidade de potência).

Uma função adicional da reversibilidade do redutor


As vantagens do novo design não se limitam apenas a melhorias nos parâmetros individuais das especificações do redutor. Pelo contrário, os redutores GPX UP podem agora abranger novas áreas de aplicação, nomeadamente as conhecidas como aplicações de force feedback.


Com estas aplicações, as vantagens da engenharia da versão GPX UP entram em ação. A utilização de rodas planetárias montadas torna possível a rotação inversa suave dos redutores em funcionamento normal e, se necessário, pode fornecer feedback ao operador. De uma forma mais concreta: é fornecido feedback mecânico mensurável ou tangível aos elementos que geram a força e o binário. Para tal, o redutor tem de ser reversível, ou seja, qualquer binário ou alteração do binário aplicado no lado de saída do acionamento tem de ser transportado proporcionalmente para o lado de entrada.


O seguinte exemplo demonstra esta aplicação: no controlo eletrónico de voo (pilotar por fios), os movimentos de direção do piloto não são transmitidos aos atuadores de forma mecânica ou hidráulica, como nos sistemas convencionais, mas sim eletronicamente. Mas, com isso, o operador perde inicialmente todo o feedback tangível sobre os seus movimentos de direção. Com a introdução de um acionamento na coluna de comando, o feedback transmitido de forma eletrónica é mecanicamente transmitido para a mão do piloto. A rotação inversa é especialmente necessária em funcionamento normal, pois o acionamento adicional instalado não deve impedir os movimentos da coluna de comando.


Um processo semelhante se aplica aos robôs cirúrgicos inovadores, no domínio da microcirurgia e telecirurgia (Fig. 5). Neste contexto é também crucial que o operador receba um feedback direto e tangível sobre os movimentos que executou e sobre os tecidos saudáveis que não devem ser tocados. Os acionamentos reversíveis são também procurados na construção de instalações e máquinas: para efeitos de configuração, os eixos da máquina têm de ser móveis a partir do lado da saída, sem energia elétrica.

Redutores de alto desempenho personalizáveis


Os novos modelos GPX UP combinam uma série de vantagens importantes do produto: mais potência, mais binário, melhor eficiência, vida útil consideravelmente mais longa, redução da produção de calor, menos peso no sistema de acionamento e ainda a função de reversibilidade adicional em redutores multifases.


Tendo em conta apenas os dois primeiros fatores, podemos classificá-los de redutores “ultrapotentes”. Mas com as outras propriedades aqui enumeradas, é fácil perceber porque é que UP significa realmente Ultra Performance.


Os redutores GPX Ultra Performance da maxon já estão disponíveis nos diâmetros GPX22 UP e GPX32 UP e, tal como todas as outras séries “X”, são personalizáveis e estão disponíveis para encomenda online. A versão GPX42 UP seguir-se-á na primavera de 2020. Além disso, os redutores personalizáveis da série Ultra Performance estão agora disponíveis nas dimensões Ø 8–58 mm.

Author: maxon France

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