תמסורת פלנטרית לעומת תמסורת הרמונית

תמסורת פלנטרית VS תמסורת הרמונית

מהנדסים הנדרשים לתכנן מערכת עם ציר הינע, מתלבטים באיזו תמסורת להשתמש - תמסורת פלנטרית או הרמונית? אילו יתרונות יש לתמסורת פלנטרית ביחס להרמונית? והאם תמסורות הרמוניות הן אכן ללא חופש ("זירו בקלש")? במאמר זה נתמקד ביתרונותיה של התמסורת הפלנטרית ונסביר באילו מקרים כדאי להשתמש בה.

בקלש - המרווח הזוויתי בין זוג שיניים, ודיוק המיקום הם נושאים שעולים מיד כשבאים לבחור תמסורת להעברת מומנט הינע. התמסורות הפלנטריות של Wittenstein בעלות בקלש נומינאלי של החל מ- 0.5 arcmin, בעוד לתמסורות הרמוניות בקלש ששואף ל-0. עם זאת, דיוק המיקום בציר היציאה מהתמסורת מושפע מגורמים נוספים, מלבד הבקלש, כגון: קשיחות לפיתול, סטיות אלסטיות של השיניים, סטיות אפיצות בייצור, וסטיות בהרכבה. סטיות אלו גדולות משמעותית בתמסורת הרמונית ביחס לפלנטרית. לתמסורת פלנטרית קשיחות לפיתול גבוהה ביחס לזו של הרמונית. הקשיחות לפיתול נמדדת ב-Nm/arcmin, וכאשר התמסורת נדרשת להעביר מומנט גבוה, דיוק המיקום ביציאה מתמסורת פלנטרית גבוה יותר ביחס לתמסורת הרמונית.

בצירי הינע מכאניים, תמסורות נדרשות להתמודד עם כוחות רדיאלים וציריים, בנוסף למומנט הנדרש להעברה. תמסורת פלנטרית מסוגלת להעביר כוחות גבוהים יותר מתמסורות הרמוניות. יתרון זה הינו משמעותי עבור התמסורות ההרמוניות, ומתבטא בחיסכון ברכיבים נוספים, הקטנת נפח המערכת והוזלתה. אומנם לרוב תמסורות הרמוניות קטנות יותר, אך כדי להתמודד עם כוחות אלו, לעיתים יש צורך ברכיבים נוספים שמסבכים את התכנון, מגדילים את הנפח ומייקרים את המערכת.

לתמסורות הפלנטריות של היצרן הגרמני Wittenstein, נצילות של 97% הינה כסטנדרט עבור שלב בודד, ועבור שני שלבים ערך הנצילות הוא כ- 95% בעומס מלא. ערכים אלו אינם ברי השגה בתמסורת הרמונית. לתמסורות הרמוניות נצילות נמוכה של 80-90%. הערך תלוי במהירות, ובמהירויות נמוכות הנצילות נמוכה עד כדי 40%. המשמעות של הנצילות הנמוכה היא אובדן אחוז מסוים מהמומנט שהמנוע מספק, וכדי לפצות על כך נדרש מנוע גדול יותר או יחס הפחתה שונה. לאור הנצילות הגבוהה, תמסורת פלנטרית מאפשרת שימוש במנוע קטן יותר מזה הנדרש עבור תמסורת הרמונית, דבר שמוזיל את עלות המערכת.

יחס הפחתה מקסימאלי של תמסורת פלנטרית תעשייתית עומד על 1:10 לשלב אחד. כאשר משווים בין יחסי ההפחתה, בתמסורות הרמוניות ניתן להגיע ליחסי ההפחתה גבוהים עד פי 30 מאשר תמסורות פלנטריות בגודל זהה. עם זאת, לאור המבנה המיוחד של התמסורות ההרמוניות, הן מוגבלות ליחס הפחתה מינימאלי של 1:35. בתעשייה ישנן אפליקציות רבות הדורשות יחס הפחתה נמוך, ובמקרים אלו לא ניתן להשתמש בתמסורות הרמוניות.

מבחינה טכנית, תמסורות הרמוניות מאופיינות בהתנהגות לא ליניארית. מחקרים שביצעו חוקרים שונים מראים שיחס ההפחתה אינו ליניארי ומשתנה כתלות במהירות הסיבוב של התמסורת.

החיכוך בתמסורות הרמוניות גבוה, אינו אחיד, ותלוי במהירות הסיבוב ובמיקום של המסב הטבעתי הפנימי. באיור המצורף, ניתן לראות כיצד כוח החיכוך משתנה כתלות במהירות הסיבוב בתמסורת הרמונית. חוסר האחידות של החיכוך יוצרת אי-אחידות במומנט המועבר, דבר המשתקף במומנט ההתחלתי הדרוש להתנעת התמסורת, שגם הוא אינו קבוע. ערך הנצילות של התמסורת מושפע מהחיכוך, וערכו משתנה בהתאם למהירות ההפעלה ותנאי סביבה.

לסיכום, לאורך המאמר הוצגו מספר יתרונות של תמסורות פלנטריות בהשוואה לתמסורות הרמוניות. האם תמסורת פלנטרית טובה מתמסורת הרמונית? האם היא מדויקת יותר? מה כדאי? התשובה אינה חד משמעית ושונה עבור כל אפליקציה. אנו המהנדסים במדיטל נשמח לקבל את פנייתכם, לבחון את האפליקציה ולהציע פתרונות מתאימים.

מקורות מידע:

1. Marilier and J.A Richard 1989, “Non-linear mechanic and electric behavior of a robot axis with a “harmonic-drive” gear”
2. https://wenku.baidu.com/view/fe24678e5fbfc77da369b111.html