Harmonikus meghajtók

A forgó mozgás egy bemenő tengelyből származik, amely lehet például szervomotor tengely. Ez egy „hullámgenerálásnak” nevezett elemhez kapcsolódik, amely ellipszis alakú, és elliptikus golyóscsapágy veszi körül. Ahogy a tengely forog, az élek helyzete megváltozik, így úgy tűnik, hogy mozgáshullámot generál. Ez az alkatrész egy hajlékony bordába van beillesztve, amely torziósan merev, mégis rugalmas anyagból készült.

Az anyag ezt a hullámos mozgást a bemenő tengely forgásának megfelelően hajlítva veszi fel, és elliptikus formát is hoz létre. Ennek a hajlékony bordának a külső éle fogaskerékfogakkal rendelkezik, amelyek nagy terhelések problémamentes átvitelére alkalmasak. Ezen terhelések átviteléhez a hajlékony bordát a kör alakú bordán belül kell elhelyezni, amely egy kerek fogaskerék, belső fogakkal.

Ez a külső gyűrű merev, és belső átmérője valamivel nagyobb, mint a hajlékony spline által alkotott ellipszis főtengelye. Ez azt jelenti, hogy a kör alakú spline nem veszi fel a másik két komponens elliptikus alakját, hanem egyszerűen összeilleszti a belső fogait a külső flex spline oldalával, ami a flex spline elfordulását eredményezi.

A forgási sebesség a bemenő tengely forgásától, valamint a hajlékony és a kör alakú bordás fogak számának különbségétől függ. A hajlékony bordának kevesebb foga van, mint a kör alakú bordának, így sokkal kisebb arányban és ellentétes irányban tud forogni, mint a bemenő tengelyé. A csökkentési arányt a következő képlet adja meg: (hajlékony spline fogak száma – kör alakú spline fogak száma) / flex spline fogak száma.

Például, ha a hajlékony spline 100 fogú, a kör alakú spline pedig 105, a redukciós arány (100 - 105) / 100=-0.05, ami azt jelenti, hogy a hajlékony spline aránya -5/100 (a mínusz a spin ellentétes irányát jelzi). A fogszám különbsége változtatható a különböző redukciós arányok és ezáltal a különböző speciális igények és követelmények figyelembevételével.

Az alap Harmonic Drive-ban három elem található: egy kör alakú spline, egy flexspline és egy hullámgenerátor. A kör alakú bordának belső fogai vannak, amelyek a flexspline külső fogaihoz illeszkednek. A flexspline-nek kevesebb foga van, és ennek következtében kisebb az effektív átmérője, mint a kör alakú bordának.

A hullámgenerátor ellipszis alakú, és összekötő elemként működik két görgővel, amelyek a flexspline-on belül forognak, így az átmérővel ellentétes pontokon fokozatosan illeszkedik a kör alakú spirálhoz. Ha a hullámgenerátor (a bemenet) az óramutató járásával megegyezően forog, miközben a kör alakú spline rögzített, a flexspline (a kimenet) sokkal lassabban fog forogni vagy gördülni a kör alakú spline belsejében az óramutató járásával ellentétes irányban.

A bemeneti sebesség és a kimeneti sebesség aránya a körkörös spline és a flexspline fogak számának különbségétől függ. Akár 320:1 sebességarány is előállítható egy-redukciós harmonikus meghajtókkal, amelyek könnyebbek, kisebbek és hatékonyabbak, mint a hagyományos nagy-arányú meghajtók. Az összetett meghajtók akár 1 000 000:1 arányt is produkálhatnak. Vagy a kör alakú spline, a flexspline vagy a hullámgenerátor rögzíthető, míg a másik két elem be- és kimenetként szolgál.

A Harmonic Drive egyedülálló és hasznos tulajdonsága, hogy képes a mozgást a zárt falakon keresztül továbbítani. A flexspline fogak egy hosszú, hermetikusan lezárt hajlékony hengeres cső közepéhez közel helyezhetők el. A hullámgenerátor lehet a cső belsejében, és forgásával eltérítheti a hajlékony vonalat, és a körbefutó kör alakú spline lassú forgását idézheti elő.

A Harmonic Drive forgó -–-lineáris változata csavart használ, és egy lezárt csövön keresztül mozgatja a vezérlőrudat az atomreaktorfejben mechanikai érintkezés nélkül. A Harmonic Drive rendszerek hasznosak a kimenő nyomaték növelésében a marásnál, a gyártásnál és a robotkarokat használó gépeknél. Számos alkalmazásban alkalmazták őket, kezdve az olyan alacsony költségű fogyasztási cikkektől, mint az árusító automaták, a katonai és űrhajózási célú kifinomult rendszerekig.

A harmonikus meghajtó fogaskerekeket széles körben használják űralkalmazásokban, robotikában és precíziós pozicionáló rendszerekben vonzó tulajdonságaik miatt, mint például a közel-nulla holtjáték, a nagy sebességcsökkentési arány, a kompakt méret és a kis tömeg. Jellemző periodikus pozicionálási hibával rendelkeznek, amelyet kinematikai hibának neveznek, amely az átviteli teljesítmény romlásáért felelős.

Tisztán ismerje a mozgási hibák mechanizmusait és azok jellemzését. A mozgási hibák analitikai és kísérleti eredményeiről számolunk be, a harmonikus hajtást vizsgáló berendezések speciális tanulmányozásával. Először is megmutatjuk, hogy a kinematikai hibának nevezett hiba valójában egy alapvető komponensből áll, amely a "tiszta" kinematikai hibát reprezentálja, amelyet a harmonikus meghajtó fogaskerekek belső torziós rugalmasságából adódó második komponens színesít.

Ez utóbbi komponens magyarázatot ad a publikált kinematikai hibaprofilok változékonyságának forrására. A kinematikai hiba alapkomponensre és flexibilitási komponensre való felbomlását kísérletileg és analitikailag is demonstráljuk matematikai modell kísérleti adatokhoz illesztésével. Jellemezzük a kinematikai hiba tehetetlenségi terheléstől, fogaskerék-összeállítástól és forgási sebességtől való függését is.