Проектування гармонійних редукторів

Редуктор гармонійного приводу в основному складається з трьох основних компонентів: генератора хвиль, гнучкого шліца та кругового шліца. Генератор хвиль зазвичай монтується на вхідному валу; це еліптичний компонент із тонким-кульковим підшипником, вбудованим у його зовнішнє кільце. Гнучка шплина встановлена ​​на вихідному валу; це гнучкий металевий компонент із тонко{3}}чашкоподібною-структурою, яка має зовнішні зуби шестерні, врізані у зовнішній край його відкритого кінця. Круговий сплайн зазвичай фіксується на місці; це жорсткий кільцевий компонент із внутрішніми зубами шестерні, врізаними в його внутрішню окружність-зубами такого самого розміру, як зуби на гнучкому шліці, але на два більше.

Принцип роботи полягає в наступному: обертання генератора хвиль викликає контрольовану періодичну пружну деформацію у гнучкому сплайні, змушуючи його набувати еліптичної форми. Велика вісь цього еліпса входить у зачеплення з зубцями кругового шліца, тоді як мала вісь залишається повністю роз’єднаною. Коли круглий шліц утримується нерухомо, а генератор хвиль обертається в певному напрямку, пружна деформація гнучкого шліца викликає послідовне зміщення точок зачеплення з зубцями кругового шліца. Оскільки flexspline має менше зубів, ніж круглий spline (зазвичай два менше), для кожного повного оберту генератора хвиль, flexspline просувається на відстань, еквівалентну двом зубцям, у напрямку, протилежному обертанню генератора хвиль, таким чином досягаючи високого коефіцієнта зменшення.

Характеристики його трансмісії включають: широкий діапазон передавальних чисел (50–300 на один етап, потенційно досягаючи 30 000–60 000); велика кількість одночасно зачеплених зубів (приблизно 30%), що забезпечує високу-несучу здатність і високу точність передачі; плавний хід з низьким рівнем шуму; і здатність досягти нульового-зриву взаємодії. Крім того, він має компактну структуру; для еквівалентного вихідного крутного моменту його об’єм можна зменшити на дві-третини, а вагу — наполовину.

Розробка та виробництво редукторів гармонійного приводу пов’язано з кількома проблемами, включаючи суворі вимоги до точності обробки, забезпечення довговічності гнучкої шліци та контроль помилок передачі та люфту. Технологічні інновації в цій галузі в основному обертаються навколо профілів зубів шестерень, матеріалів і конструкцій. Наприклад, японська компанія Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) розробила профілі зубів із подвійною-круглою-дугою (такі як профіль «IH») і зуби «типу P-», щоб підвищити якість зачеплення та покращити-несучу здатність-навантаження та жорсткість на кручення. Подібним чином компанія Suzhou Leader Harmonic Drive самостійно розробила абсолютно нову структуру «зуба типу P-» і на основі дослідження фактичної динаміки зачеплення гнучкого шліца створила нову теорію зачеплення зубчастих коліс. У конструкції flexspline використовується спеціальна сталь з високою втомною міцністю, а продуктивність додатково покращена завдяки оптимізації товщини стінки та процесів формування. Основним компонентом генератора хвиль є гнучкий підшипник, показники втоми якого оптимізовано шляхом ретельного вибору матеріалу, структурних уточнень і обробки поверхні.

Щоб задовольнити різноманітні вимоги застосування, гармонічні редуктори еволюціонували в різноманітні структурні конфігурації. Звичайні інтегровані моделі (такі як серія LCS-I) мають стандартну циліндричну структуру з гнучким шліфом у формі чаші-; ці агрегати містять вбудований-перехресний роликовий підшипник і характеризуються нерухомим жорстким шліцом і обертовим гнучким шліцом. Щоб відповідати різним просторовим обмеженням і вимогам до навантаження, доступні інші варіанти, зокрема ультра-моделі (наприклад, серія SHD, яка має зменшення осьової довжини приблизно на 50%), моделі з порожнистим-валом (наприклад, серія CPL) і версії з високим-навантаженням, оснащені зовнішніми підшипниками (наприклад, серія CSG-2UH). Портфоліо продуктів охоплює широкий діапазон розмірів-від мініатюрних до великих-установок і пропонує широкий спектр коефіцієнтів зменшення.