PEEKharmonické reduktorysú inovatívne zariadenia na presnú redukciu, ktoré nanášajú kompozitné materiály z polyéteréterketónu (PEEK) na štruktúru harmonického pohonu a kombinujú tak vysoký redukčný pomer tradičných harmonických reduktorov s výhodami nízkej hmotnosti materiálov PEEK. Nasleduje podrobný úvod zo štyroch hľadísk: štrukturálne vlastnosti, inovácia materiálov, výkonnostné parametre a oblasti použitia:
I. Štrukturálne prvky
PEEKHarmonické reduktory využívajú klasickú harmonickú štruktúru pohonu generátora vĺn - flexibilné ozubené koleso - tuhé ozubené koleso. Hlavná inovácia harmonických reduktorov spočíva v použití 50 % dlhého skleneného vlákna vystuženého PEEK pre jednodielne vstrekovanie flexibilného ozubeného kolesa a vnútorný ozubený krúžok tuhého ozubeného kolesa je tvorený kovovou vložkou z PEEK (oceľová základňa + zubový povrch z PEEK). Vonkajší krúžok ložiska generátora vĺn je integrovaný so samomazacou klietkou z PEEK, čím sa eliminuje závislosť od maziva v tradičných harmonických reduktoroch. Celková konštrukcia je navrhnutá s optimalizáciou topológie s toleranciou hrúbky steny flexibilného ozubeného kolesa riadenou v rozmedzí ±0,01 mm, aby sa zabezpečila konzistentná elastická deformácia počas záberu.
II. Materiálna inovácia
Prelom v ľahkej konštrukcii: Hustota flexibilného ozubeného kolesa z PEEK je iba 1,5 g/cm³, čo znižuje hmotnosť o 60 % v porovnaní s oceľovým flexibilným ozubeným kolesom a moment zotrvačnosti o 45 %, čím sa výrazne zvyšuje dynamická rýchlosť odozvy robotických kĺbov.
Odolnosť proti únave: Vďaka optimalizácii orientácie vlákien dosahuje životnosť ohybného ozubeného kolesa z PEEK 10⁸ cyklov (pri menovitom zaťažení), čo sa blíži k 85 % úrovne ocele.
Optimalizácia trenia: Koeficient trenia povrchu zubov PEEK je nízky až 0,05 (podmienka suchého trenia) a v kombinácii s povlakom PTFE na pevnom povrchu zubov ozubeného kolesa umožňuje tichú prevádzku bez oleja (hluk≤55 dB).
III. Základné výkonnostné parametre
Rozsah redukčného pomeru: 50:1 až 320:1 (jednostupňový prevod), podpora viacstupňového sériového zapojenia na dosiahnutie ultra vysokého redukčného pomeru 10 000:1
Menovitý krútiaci moment: 3 až 50 N・m (zodpovedajúce modely HX-14 až HX-50), špičkový krútiaci moment môže dosiahnuť dvojnásobok menovitej hodnoty
Indikátory presnosti: Vôľa≤1 minúta, chyba prenosu≤30 oblúkových sekúnd, torzná tuhosť≥20 N・m/rad
Prispôsobivosť prostrediu: Prevádzková teplota -40℃na 180℃, kompatibilný s vákuovým prostredím (môže stabilne pracovať pri 10⁻⁶No)
IV. Typické oblasti použitia
Kolaboratívne roboty: Zápästné kĺby koncových efektorov, ako napríklad šiesta os robota UR5e, dosahujú ľahké a vysoko presné uchopenie.
Zdravotnícke vybavenie: Malé pohyblivé kĺby chirurgických robotických ramien (ako napríklad Da Vinci Xi), ktoré vyžadujú dodržiavanie aseptických podmienok a nízke elektromagnetické rušenie.
Letectvo: Mechanizmy riadenia polohy satelitov, mechanické ramená dronov, využívajúce ich prispôsobivosť vákuu a ľahké vlastnosti na zníženie nákladov na vypustenie.
Harmonické reduktory PEEK: Použitie PEEK vystuženého uhlíkovými vláknami (CF/PEEK) na výrobu harmonických reduktorov môže znížiť deformačné napätie iba na 1/7 napätia ocele, zlepšiť tlmiace vlastnosti a znížiť riziko rezonancie. Počet kontaktných zubov medzi ohybným a pevným ozubeným kolesom sa môže zvýšiť o 47 %, čím sa výrazne predĺži únavová životnosť, pričom počet cyklov sa zvýši z 29 000-násobku pre kovové ohybné ozubené kolesá na 564 000-násobok.
Reduktory harmonických zložiek PEEK: CF/PEEK ponúka vynikajúci výkon
Okrem výhod, ako je špecifická pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, v porovnaní s krátkym valcom na báze kovuredukčné členy PEEK, redukcie harmonických z PEEK vyrobené z CF/PEEK majú nasledujúce vlastnosti:①nižšie deformačné napätie,2lepšie tlmiace vlastnosti, ktoré účinne znižujú možnosť rezonancie,③zvýšený počet kontaktných zubov a záberová plocha medzi ohybným ozubeným kolesom a pevnými ozubenými zubami, čím sa zvyšuje nosnosť a odolnosť harmonického reduktora PEEK voči nárazu,4vyššia únavová životnosť atď.
(1) V porovnaní s krátkymi valcovými harmonickými reduktormi na báze kovu je pri rovnakom zaťažení deformačné napätie kompozitných materiálov na báze PEEK iba 1/7 namáhania ocele. Preto je pri menšom axiálnom rozmere možné pre konštrukčnú štruktúru zvoliť väčší modul ozubeného kolesa a koeficient radiálnej deformácie, čo poskytuje väčšiu konštrukčnú slobodu.
(2) Vlastné frekvencie celého redukčného prvku harmonických z kompozitného materiálu na báze PEEK sú o 40 – 45 % vyššie ako u kovových redukčných prvkov, čo naznačuje, že redukčné prvky harmonických z kompozitného materiálu PEEK na báze PEEK majú lepšie tlmiace vlastnosti a môžu účinne znížiť možnosť rezonancie.
(3) Za menovitých prevádzkových podmienok zaťaženia 20 N·m a rýchlosti 2000 rad/min sa počet zaberajúcich zubov v harmonickom reduktore z kompozitného materiálu PEEK zvyšuje a dosahuje 52 párov, čo predstavuje 47 % nárast oproti kovu. Zvýšenie počtu kontaktných zubov a plochy záberu medzi ohybným a pevným ozubeným kolesom zväčšuje plochu záberu ozubeného páru a kontaktný tlak sa rozkladá na viac povrchov zubov ozubeného kolesa, čím sa zvyšuje nosnosť a odolnosť harmonického reduktora PEEK voči nárazu.
(4) Pri rovnakej konštrukcii majú krátke valcové harmonické reduktory CF/PEEK lepšiu únavovú životnosť. Tradičné kovové harmonické reduktory sú vystavené nadmernému deformačnému namáhaniu a ohybné ozubené koleso trpí statickým zlyhaním, keď počet cyklov dosiahne 29 000-krát. Ohybné ozubené koleso vyrobené z kompozitných materiálov PEEK by malo mať počet cyklov 564 000-krát a únavovú životnosť 939,5 hodiny.
