Produktdesign af harmoniske reduktioner

En harmonisk drivreducer består primært af tre kernekomponenter: en bølgegenerator, en flexspline og en cirkulær spline. Bølgegeneratoren er typisk monteret på indgangsakslen; det er en elliptisk komponent med et kugleleje med tynd-sektion indlejret i dens ydre ring. Flexspline er monteret på udgangsakslen; det er en fleksibel metalkomponent med en tynd-vægget, kop-formet struktur, med udvendige tandhjul, skåret ind i den ydre kant af dens åbne ende. Den cirkulære spline er typisk fastgjort på plads; det er en stiv ringformet komponent med indvendige tandhjulstænder skåret ind i dens indre omkreds-tænder, der er af samme størrelse som dem på flexspline, men to i antal større.

Funktionsprincippet er som følger: rotationen af ​​bølgegeneratoren inducerer en kontrollerbar, periodisk elastisk deformation i flexspline, hvilket får den til at antage en elliptisk form. Hovedaksen i denne ellipse går i indgreb med tænderne på den cirkulære spline, mens den lille akse forbliver fuldstændig frigjort. Når den cirkulære spline holdes stationær, og bølgegeneratoren roteres i en bestemt retning, bevirker den elastiske deformation af flexspline, at indgrebspunkterne med den cirkulære splines tænder skifter sekventielt. Fordi flexspline har færre tænder end den cirkulære spline (typisk to færre), for hver fuld rotation af bølgegeneratoren, bevæger flexspline sig frem med en afstand svarende til to tænder i retning modsat bølgegeneratorens rotation, hvorved der opnås et højt reduktionsforhold.

Dens transmissionskarakteristika omfatter: en bred vifte af reduktionsforhold (50-300 i et enkelt trin, og potentielt når 30.000-60.000); et stort antal tænder i indgreb (ca. 30 %), hvilket resulterer i høj belastningskapacitet og høj transmissionspræcision; jævn bevægelse med lavt støjniveau; og evnen til at opnå nul-tilbageslag. Desuden har den en kompakt struktur; for et tilsvarende udgangsmoment kan dens volumen reduceres med to{10}}tredjedele og dens vægt med det halve.

Designet og fremstillingen af ​​harmoniske drivreducere giver adskillige udfordringer, herunder strenge krav til bearbejdningspræcision, sikring af udmattelseslevetiden for flexspline og styring af transmissionsfejl og slør. Teknologiske innovationer på dette område drejer sig primært om tandhjulsprofiler, materialer og strukturelle designs. For eksempel udviklede det japanske firma Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) dobbelt-cirkulære-buetandprofiler (såsom "IH"-profilen) og "P-type"-tænder for at forbedre indgrebskvaliteten og forbedre belastnings-bæreevne og vridningsstivhed. På samme måde udviklede Suzhou Leader Harmonic Drive uafhængigt en helt ny "P--type tand"-struktur og etablerede, baseret på forskning i den faktiske engagementsdynamik i flexspline, en ny teori om gearindgreb. I designet af flexspline er der anvendt et specialiseret stål med høj udmattelsesstyrke, og ydeevnen forbedres yderligere gennem optimering af vægtykkelse og formningsprocesser. Kernekomponenten i bølgegeneratoren er det fleksible leje, hvis udmattelsesydelse er optimeret gennem omhyggelig materialevalg, strukturelle raffinementer og overfladebehandlinger.

For at imødekomme forskellige applikationskrav har harmoniske reduktionsanordninger udviklet sig til en række forskellige strukturelle konfigurationer. Almindelige integrerede modeller (såsom LCS-I-serien) har en standard cylindrisk struktur med en kop-formet flexspline; disse enheder har et indbygget-krydset rulleleje og er kendetegnet ved en stationær stiv spline og en roterende flexspline-udgang. For at imødekomme varierende rumlige begrænsninger og belastningskrav er andre varianter tilgængelige, herunder ultra-tynde modeller (f.eks. SHD-serien med en aksial længdereduktion på ca. 50 %), hule-akselmodeller (f.eks. CPL-serien) og versioner med høj-belastning (f.eks. 1SGU-udgaver udstyret med en ekstern CH2}). Produktporteføljen spænder over en bred vifte af størrelser-fra miniature til store-enheder - og tilbyder et omfattende spektrum af reduktionsforhold.