Проектирование редукторов гармоник

Редуктор гармонического привода в основном состоит из трех основных компонентов: генератора волн, гибкого шлица и кругового шлица. Генератор волн обычно устанавливается на входном валу; это эллиптический компонент с шарикоподшипником тонкого- сечения, встроенным в его внешнее кольцо. Гибкая шлица установлена ​​на выходном валу; это гибкий металлический компонент с тонко-стенной чашеобразной-конструкцией с внешними зубьями, врезанными во внешний край его открытого конца. Круглая шлица обычно фиксируется на месте; это жесткий кольцевой компонент с внутренними зубьями шестерни, врезанными в его внутреннюю окружность-зубьями того же размера, что и на гибком шлице, но на два больше.

Принцип действия заключается в следующем: вращение генератора волн вызывает контролируемую периодическую упругую деформацию гибкого сплайна, заставляя его принимать эллиптическую форму. Большая ось этого эллипса входит в зацепление с зубьями кругового шлица, а малая ось остается полностью разъединенной. Когда круговой шлиец удерживается неподвижно, а генератор волн вращается в определенном направлении, упругая деформация гибкого шлица приводит к последовательному смещению точек контакта с зубьями кругового шлица. Поскольку гибкая шлица имеет меньше зубцов, чем круглая шлица (обычно на два меньше), при каждом полном обороте генератора волн гибкая сплайн перемещается на расстояние, эквивалентное двум зубьям, в направлении, противоположном вращению генератора волн, тем самым достигая высокого коэффициента уменьшения.

К характеристикам его трансмиссии относятся: широкий диапазон передаточных чисел (50–300 за одну ступень, потенциально достигающий 30 000–60 000); большое количество одновременно задействованных зубьев (около 30%), что обеспечивает высокую -несущую способность и высокую точность передачи; плавное движение с низким уровнем шума; и возможность добиться нулевого-отрицательного взаимодействия. Кроме того, он имеет компактную структуру; при эквивалентном выходном крутящем моменте его объем можно уменьшить на две-трети, а вес — вдвое.

Проектирование и производство редукторов с гармоническим приводом сопряжено с рядом проблем, в том числе с жесткими требованиями к точности обработки, обеспечению усталостной долговечности гибких шлицов и контролю ошибок передачи и люфта. Технологические инновации в этой области в первую очередь связаны с профилями зубьев шестерен, материалами и конструкционными конструкциями. Например, японская компания Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) разработала двойные-круговые-профили зубьев (такие как профиль «IH») и зубья «P-типа» для повышения качества зацепления, улучшения-несущей способности и жесткости на кручение. Аналогичным образом компания Suzhou Leader Harmonic Drive независимо разработала совершенно новую структуру зубьев типа P- и, основываясь на исследовании фактической динамики зацепления гибкой шлицы, разработала новую теорию зубчатого зацепления. В конструкции гибкого шлица используется специальная сталь с высокой усталостной прочностью, а эксплуатационные характеристики дополнительно улучшаются за счет оптимизации толщины стенок и процессов формования. Основным компонентом генератора волн является гибкий подшипник, усталостные характеристики которого оптимизируются за счет тщательного выбора материала, структурных усовершенствований и обработки поверхности.

Чтобы удовлетворить разнообразные требования приложений, преобразователи гармоник имеют различные структурные конфигурации. Обычные интегрированные модели (например, серия LCS-I) имеют стандартную цилиндрическую конструкцию с чашеобразными-гибкими шлицами; эти агрегаты имеют встроенный-скрещенный роликоподшипник и характеризуются неподвижной жесткой шлицевой частью и вращающейся гибкой шлицевой частью на выходе. Для удовлетворения различных пространственных ограничений и требований к нагрузке доступны другие варианты, в том числе сверх-тонкие модели (например, серия SHD с уменьшением осевой длины примерно на 50 %), модели с полым-валом (например, серия CPL) и версии с высокими-нагрузками, оснащенные внешними подшипниками (например, серия CSG-2UH). Ассортимент продукции охватывает широкий диапазон размеров,-от миниатюрных до крупномасштабных-модулей, а также предлагает широкий спектр коэффициентов уменьшения.