Robots 101 – Türk Robot Portalı

Bu yazıda bazı dişli türlerini tanıtacağım. Dişlileri robotlarda kullandığımız dişli kutulu motorların hareket aktarım parçalarıdır.

Dişliler birleşerek dişli kutularını oluşturur. Dişli kutuları (redüktörler) motorların hızlarının düşürülmesi ve torklarının arttırılması için yapılmış dişli çark sistemleridir. Motorlara bağlanırlar. Neredeyse bütün robotlarda dişli kutulu motorlar kulanılır.

Dişliler zamanla aşınırlar. Dişlilerin aşınması genel dişli kutulu motorlarda ilk rastlanan sorundur.

Motora gereğinden fazla yük bindirmek yaptığımız en büyük yanlışlardan biridir.

Eğer dişli kutusu bilya ile desteklenmiyorsa; ki birçok küçük dişli kutulu motor bilyasızdır, aşınma son aşama dişlisi (anadişli) ve ondan önceki dişli arasında olur.  Ağırlık motorun dişlilerinin dönemsini zorlar. Ve son 2 dişli arasında motorun bütün gücü sıkışır. Kalitesiz metallerden, plastiklerden yapılan dişlilerde çok geçmeden motorun son dişlileri ya kırılır ya aşınır.

İlk sumo robot projemde 2 motor kullanıyordum. Motorların dişli kutusunun düşürme oranı 188:1 di (motorun hızı 188 kez azalıyor ama çekme-itme gücü, torku, 188 kat artıyor. Yüksek düşürme oranına sahip bir motor ve dişlileri de kalitesiz alaşımlı demirdendi. Sonuç  robotta toplamda 3 saat deneme yapmış olsam da motorun dişlileri aşınmıştı dişliler boşa dönüyordu. Kısaca yüksek düşürme oranına sahip motorlar kolay bozulurlar. Genel olarak kullanılan dişli kutularında düşürme oranı 10:1 ile 300:1 arasında değişir. Özel amaçlı dişli kutulu motorlarda bu oran yüzbinlere varabilir! Birçok  proje için 15:1 ile 150:1 arası değerler  uygundur.  Büyük tork gerektiren projeler için dişli kutunuz da olabildiğince büyük olmalıdır. Yüksek güçlerde küçük dişliler kolayca kırılabilir.

Dişli Kutusu Verimleri

Hiçbir dişli kutusu %100 verimli değildir. Çünkü sürtünmesiz bir ortam yaratamayız. Sürtünmede ısı ve ses enerjisi olarak yayılır. İyi dişli kutularında verim yüzde 75 ile yüzde 95 arasında değişir. Düşürme oranı arttıkça verim düşer. Verimi belirleyen diğer bir önemli faktör de dişli tipleridir. Küçük motorlarda genel dişli tipi düz spur dişli tipidir. Daha büyük dişli kutularında (örneğin vites kutularında) kullanılan dişli tipi gücü daha verimli iletmesi nedeniyle helis diş tipidir.

Motor Şaftına, Dişlilere ve anaşafta destek sağlayan bilyalar.

Kaliteli  motorlarda (Escap, Maxon, Faulbaher, Pittman,  Sanyo, Micromo, Graupner, Bertsch…) dişli kutuları çok daha hassas yapılır. Dişliler kompozit metallerden, titanyumdan, karbonitten (Sertleştirilmiş plastik) , güçlendirilmiş sert çelikten üretilirler. Doğru yağlamayla bu motorlar çok daha uzun ömürlüdürler. Milimetrenin yüzde biri hata bile dişli kutusu için büyük bir sorundur. Marka motorlarda özel üretim teknikleriyle dişliler üretildiğinden sorun çıkarma durumları çok azdır. Bu markaların neredeyse bütün dişli kutularında bilya sistemleri vardır. Kaliteli motorlardan çok daha az ses çıkar.

Dişli Kutuları

Dişli kutulu motorlar genel olarak 3 tiptir. Spur gear yani düz dişliler en çok karşılaşılan dişlilerdir.

Güç sırayla bir bir dişlilerden iletilir. Yukarıdaki sol grafikte yer alan dişli sistemi 2,5:1 düşürme oranlı spur dişlilerdir.

Daha iyi bir sistem Planetary (gezegenimsi) dişli sistemidir. Güç aynı anda 3 dişli üzerinden iletilir (Yukarıdaki fotoğraflar planet sistemdir) . Şarjlı tornavidalarda kullanılan dişli sistemleri de bu şekildedir. Planetary dişli sistemiyle daha yüksek tork dönüşümlei elde edilebilir.

Sonsuz dişli ( worm gear) dediğimiz dişli sisteminde bir dişli burgu gibidir. Düz dişliyle ya da heliks dişliyle birlikte düşürme yaparlar. Verim düşük olmasına rağmen güç kesilince dişliler hareket etmez, sabit kalırlar. Bu da örneğin bir robot kolunda güvenlik açısından çok önemlidir.

Silecek motoru kategorisindeki tüm redüktörlü (dişli kutulu) motorlarda bu tür dişli kutusu mevcuttur.

Son bir dişli sistemi harmonik dişli sistemidir. Planetary sisteme benzemekle birlikte çok daha farklıdır. Merkezdeki dişli eliptik,esnek bir dişlidir. Ve elipse özel dişli sistemi sayesinde bir iç dişli bir elips dişlisiyle çok yüksek ve verimli düşürme oranları elde edilebilir.  Çalışma mantığını kavramak için aşağıdaki videoyu izleyiniz.

En önemli özellikleriyse çok hassas işlemler yapılmasını sağlayabilen Zero Backlash’e sahip olmalarıdır. Örneğin bir motoru çevirdiğinizde çok küçük de olsa bir boşluk hissedebilirsiniz bu motorlardaysa hissedilen boşluk yoktur. Bu sistemi üretebilecek fabrkalar bir elin parmakları kadar olduğu için bu tür dişli kutuları çok özel ve çok yüksek fiyatlıdır. Bazı dişli kutuları bu sistemlerin birleşimiyle oluşur. Hibrit dişli kutularında verim, güç, performans maksimumdur. Son bir not ASIMO robot da bu tür dişli kutularından kullanıyor.

Yağlama

Yağlama ince gres yağıyla ve makine yağıyla yapılır. Kahverengi, beyaz gres yağı ağdalı yoğun bir yağdır (Sol resimde yer alıyor) . Dişlilerden maksimum verim alabilmek için bu yağdan dişli kutunuzda bolca kullanmalısınız.

Makine yağını (daha da iyisi silah yağı) ana motorda kullanmalısınız. Çünkü anamotor 10000-30000 arası devirlerde dönerken gres yağı yeterince incelemez motorun verimini düşürür.

Gres yağı dişlilere makine yağı motora. Yağlamayla birlikte motordan çıkan ses de önemli ölçüde azalacaktır.

İyi projeler iyi motorlarla olur.  Motorların teknik özelliklerini iyi bilmelisiniz. Motorun tork(çekme itme kuvveti) bilgisi robotun taşıyabileceği ağırlığı belirler. Özel güç gerektiren projeler dışında yüksek düşürme yapan dişli kutulu motorlar kullanmanızı önermem. Eğer 2 motora ihtiyacınız varsa bir tanede yedek almanız iyi olabilir. Tork Dönüşümü Motorlarda kullandığımız tork birimleri kg/cm , oz/inç , Ncm , mNm.. gibi birçok birimdedir.Tork bilgisini daha anlaşılabilir bir birime çevirmek için aşağıdaki linki kullanbilirsiniz. Örneğin 702 oz/inçlik bir motorun torku aynı zamanda 50 kg/cm’dir.

http://www.onlineconversion.com/torque.htm

Kaynaklar:

• Dişli Çarklar ve Redüktörleri - Güven Kutay – Birsen Yayınevi.
• Mechanisms and Mechanical Devices – Scholater Chironis – McGraw Hill Publications.
• Robot Drive Trains – Clark, Owings – McGraw Hill Publications.

Fırat Dede – Ağustos 2009 (Son güncelleme Eylül 2011)