Unități armonice

Mișcarea de rotație vine de la un arbore de intrare care poate fi, de exemplu, o axă a unui servomotor. Acesta este conectat la un element numit „generare de unde” care are o formă eliptică și este înconjurat de un rulment eliptic cu bile. Pe măsură ce arborele se rotește, marginile își schimbă poziția, astfel încât se pare că generează o undă de mișcare. Această piesă este introdusă într-o spline flexibilă care este realizată dintr-un material rigid la torsiune, dar flexibil.

Materialul preia această mișcare ondulată prin flexie în funcție de rotația arborelui de intrare și, de asemenea, creează o formă eliptică. Marginea exterioară a acestei caneluri flexibile prezintă dinți de angrenaj care sunt potriviți pentru a transfera sarcini mari fără nicio problemă. Pentru a transfera aceste sarcini, canelul flexibil este montat în interiorul canelului circular, care este o roată dințată rotundă cu dinți interni.

Acest inel exterior este rigid și diametrul său intern este marginal mai mare decât axa majoră a elipsei formate de spline flexibil. Aceasta înseamnă că spline circulară nu își asumă forma eliptică a celorlalte două componente, ci, în schimb, pur și simplu își îmbină dinții interiori cu cei ai părții exterioare a splinei flexibile, rezultând în rotația splinei flexibile.

Viteza de rotație depinde de rotația arborelui de intrare și de diferența dintre numărul de dinți dintre canelul flexibil și canalul circular. Canelul flexibil are mai puțini dinți decât canelul circular, astfel încât se poate roti într-un raport mult redus și în direcția opusă celui al arborelui de intrare. Raportul de reducere este dat de: (număr de dinți flexi spline – numărul de dinți flexi spline) / numărul de dinți flexi spline.

Deci, de exemplu, dacă spline flex are 100 de dinți și spline circular are 105, raportul de reducere este (100 - 105) / 100=-0.05 ceea ce înseamnă că raportul flex spline este -5/100 (minus indică direcția opusă spinării). Diferența dintre numărul de dinți poate fi modificată pentru a se adapta diferitelor rapoarte de reducere și, astfel, diferitelor nevoi și cerințe specializate.

Există trei elemente într-o unitate armonică de bază: o spline circulară, o spline flexibilă și un generator de undă. Spline circulară are dinți interni care se îmbină cu dinții externi pe flexspline. Flexspline are mai puțini dinți și, în consecință, un diametru efectiv mai mic decât spline circulară.

Generatorul de undă are formă eliptică și acționează ca o legătură cu două role care se rotesc în interiorul flexspline-ului, făcându-l să se integreze progresiv cu spline-ul circular în puncte diametral opuse. Dacă generatorul de undă (intrarea) se rotește în sensul acelor de ceasornic în timp ce spline-ul circular este fix, flexspline-ul (ieșirea) se va roti sau se va rostogoli în interiorul spline-ului circular cu o rată mult mai lent în sens invers acelor de ceasornic.

Raportul dintre viteza de intrare și viteza de ieșire depinde de diferența dintre numărul de dinți din spline circulară și de flexspline. Ratele de viteză de până la 320 la 1 pot fi produse în unitățile armonice cu o singură reducere-, care sunt mai ușoare, mai mici și mai eficiente decât unitățile convenționale cu raport-înalt. Unitățile compuse pot produce rapoarte de până la 1.000.000 la 1. Fie spline circulară, flexspline sau generatorul de undă pot fi fixate, în timp ce celelalte două elemente servesc ca intrare și ieșire.

O caracteristică unică și utilă a Harmonic Drive este capacitatea sa de a transmite mișcarea prin pereți etanși. Dinții flexspline pot fi plasați în apropierea centrului unui tub cilindric flexibil lung, închis ermetic. Generatorul de undă poate fi în interiorul tubului și, prin rotația sa, poate devia flexspline-ul și poate produce o rotație lentă a spline-ului circular înconjurător.

O versiune rotativă-la-liniară a unității armonice folosește un șurub și mută tija de control într-un cap de reactor nuclear fără contact mecanic printr-un tub etanș. Sistemele Harmonic Drive sunt utile în creșterea cuplului de ieșire în angrenajele utilizate la frezare, în producție și în mașinile care folosesc brațe robotizate. Acestea au fost folosite într-o varietate de aplicații, de la articole de consum -cost redus, cum ar fi automatele automate, până la sisteme sofisticate pentru uz militar și aerospațial.

Angrenajele de transmisie armonică sunt utilizate pe scară largă în aplicații spațiale, robotică și sisteme de poziționare de precizie datorită atributelor lor atractive, inclusiv reacție aproape de -zero, raport de reducere a vitezei mari, dimensiuni compacte și greutate mică. Ele posedă o eroare de poziționare periodică inerentă cunoscută sub numele de eroare cinematică responsabilă pentru degradarea performanței transmisiei.

Să aibă o înțelegere clară a mecanismelor erorilor de mișcare și a caracterizării acestora. Raportăm rezultatele analitice și experimentale ale erorilor de mișcare folosind un studiu dedicat echipamentelor de testare a acționării armonice. Se arată mai întâi că eroarea numită eroare cinematică constă de fapt într-o componentă fundamentală, reprezentând eroarea cinematică „pură”, colorată de o a doua componentă rezultată din flexibilitatea torsională inerentă a angrenajelor de antrenare armonice.

Ultima componentă explică sursa variabilității profilurilor de eroare cinematică publicate. Descompunerea erorii cinematice într-o componentă de bază și o componentă legată de flexibilitate este demonstrată atât experimental, cât și analitic prin potrivirea unui model matematic cu datele experimentale. De asemenea, caracterizăm dependența erorii cinematice de sarcina inerțială, ansamblul angrenajului și viteza de rotație.