Harmonické pohony

Rotační pohyb vychází ze vstupního hřídele, kterým může být například osa servomotoru. To je spojeno s prvkem zvaným "generování vlny", který má eliptický tvar a je obklopen eliptickým kuličkovým ložiskem. Jak se hřídel otáčí, hrany mění polohu, takže to vypadá, že generuje pohybovou vlnu. Tato část je vložena do flex drážky, která je vyrobena z torzně tuhého, ale pružného materiálu.

Materiál přebírá tento vlnitý pohyb ohýbáním podle rotace vstupní hřídele a také vytváří eliptický tvar. Vnější hrana tohoto ohebného drážkování má ozubení, které je vhodné pro bezproblémové přenášení vysokých zatížení. Pro přenos těchto zatížení je flex drážka umístěna uvnitř kruhové drážky, což je kulaté ozubené kolo s vnitřními zuby.

Tento vnější prstenec je tuhý a jeho vnitřní průměr je o něco větší než hlavní osa elipsy tvořené flex drážkou. To znamená, že kruhová drážka nepřebírá eliptický tvar ostatních dvou součástí, ale místo toho jednoduše zapadá do záběru svých vnitřních zubů se zuby na vnější straně ohebné drážky, což má za následek rotaci ohebné drážky.

Rychlost rotace je závislá na rotaci vstupního hřídele a rozdílu v počtu zubů mezi flex drážkou a kruhovou drážkou. Pružné drážkování má méně zubů než kruhové drážkování, takže se může otáčet v mnohem menším poměru a v opačném směru než vstupní hřídel. Redukční poměr je dán: (počet ohebných zubů – počet kruhových zubů) / počet ohebných zubů.

Pokud má tedy například ohebná drážka 100 zubů a kruhová drážka 105, redukční poměr je (100 - 105) / 100=-0.05, což znamená, že poměr ohebné drážky je -5/100 (mínus označuje opačný směr rotace). Rozdíl v počtu zubů lze změnit tak, aby vyhovoval různým redukčním poměrům a tím různým specializovaným potřebám a požadavkům.

Základní harmonický pohon obsahuje tři prvky: kruhový spline, flexspline a generátor vln. Kruhová drážka má vnitřní zuby, které zabírají s vnějšími zuby na flexspline. Flexspline má méně zubů a následně menší efektivní průměr než kruhové drážkování.

Generátor vln má eliptický tvar a působí jako spojka se dvěma válečky, které se otáčejí v rámci flexspline, což způsobuje, že se postupně dostává do záběru s kruhovým drážkováním v diametrálně opačných bodech. Pokud se vlnový generátor (vstup) otáčí ve směru hodinových ručiček, zatímco kruhový spline je pevný, flexspline (výstup) se bude otáčet nebo rolovat uvnitř kruhového spline mnohem pomaleji ve směru proti směru hodinových ručiček.

Poměr vstupní rychlosti k výstupní rychlosti závisí na rozdílu počtu zubů v kruhovém drážkování a na flexspline. Rychlostní poměry až 320 ku 1 lze dosáhnout v jednotkách -redukčních harmonických měničů, které jsou lehčí, menší a účinnější než konvenční měniče s vysokým-poměrem. Složené pohony mohou produkovat poměry až 1 000 000 ku 1. Buď kruhové drážkování, flexspline nebo vlnový generátor mohou být pevné, zatímco ostatní dva prvky slouží jako vstup a výstup.

Jedinečnou a užitečnou vlastností Harmonic Drive je jeho schopnost přenášet pohyb přes utěsněné stěny. Ozuby flexspline mohou být umístěny blízko středu dlouhé hermeticky uzavřené ohebné válcové trubice. Vlnový generátor může být uvnitř trubice a svou rotací může vychylovat flexspline a vytvářet pomalou rotaci obklopujícího kruhového drážkování.

Rotační-až{1}}lineární verze Harmonic Drive využívá šroub a pohybuje řídicí tyčí v hlavě jaderného reaktoru bez mechanického kontaktu skrz utěsněnou trubici. Systémy Harmonic Drive jsou užitečné při zvyšování výstupního točivého momentu v ozubených kolech používaných při frézování, ve výrobě a ve strojích, které používají robotická ramena. Používají se v různých aplikacích, od tak levných-spotřebitelských položek, jako jsou prodejní automaty, až po sofistikované systémy pro vojenské a letecké použití.

Harmonická hnací ozubená kola jsou široce používána ve vesmírných aplikacích, robotice a přesných polohovacích systémech kvůli jejich atraktivním vlastnostem, včetně téměř-nulové vůle, vysokého převodového poměru rychlosti, kompaktní velikosti a malé hmotnosti. Mají vlastní periodickou chybu polohování známou jako kinematická chyba zodpovědná za snížení výkonu převodovky.

Jasně rozumí mechanismům pohybových chyb a jejich charakterizaci. Uvádíme analytické a experimentální výsledky pohybových chyb pomocí specializované studie zařízení pro testování harmonických měničů. Nejprve je ukázáno, že chyba zvaná kinematická chyba se ve skutečnosti skládá ze základní složky, představující "čistou" kinematickou chybu, zabarvenou druhou složkou vyplývající z inherentní torzní pružnosti harmonických hnacích ozubených kol.

Druhá složka vysvětluje zdroj variability v publikovaných profilech kinematických chyb. Dekompozice kinematické chyby na základní složku a složku související s flexibilitou je demonstrována experimentálně i analyticky porovnáním matematického modelu s experimentálními daty. Dále charakterizujeme závislost kinematické chyby na setrvačném zatížení, ozubení a rychlosti otáčení.