Harmonični pogoni

Rotacijsko gibanje izvira iz vhodne gredi, ki je lahko na primer os servo motorja. To je povezano z elementom, imenovanim "generiranje valov", ki ima eliptično obliko in je obkrožen z eliptičnim krogličnim ležajem. Ko se gred vrti, robovi spremenijo položaj, tako da je videti, kot da ustvarja val gibanja. Ta del je vstavljen znotraj upogljivega zlepka, ki je izdelan iz torzijsko togega, a prožnega materiala.

Material prevzame to valovito gibanje z upogibanjem glede na vrtenje vhodne gredi in prav tako ustvari eliptično obliko. Zunanji rob tega flex spline ima zobate zobnike, ki so primerni za prenos visokih obremenitev brez težav. Za prenos teh obremenitev je upogljivi zobnik nameščen znotraj krožnega zobnika, ki je okrogel zobnik z notranjimi zobmi.

Ta zunanji obroč je tog in njegov notranji premer je nekoliko večji od glavne osi elipse, ki jo tvori upogljivi zlepek. To pomeni, da krožni utor ne prevzame eliptične oblike drugih dveh komponent, ampak namesto tega svoje notranje zobce enostavno zapre z zobmi na zunanji strani upogibnega utora, kar povzroči rotacijo utora.

Hitrost vrtenja je odvisna od vrtenja vhodne gredi in razlike v številu zob med upogibnim utorom in krožnim utorom. Upogibni utor ima manj zob kot krožni utor, zato se lahko vrti z veliko manjšim razmerjem in v nasprotni smeri kot vhodna gred. Razmerje zmanjšanja je podano z: (število zob utornega utora – število zob zob v utoru) / število zob utornega utora.

Tako na primer, če ima upogljivi utor 100 zob in krožni utor 105, je razmerje zmanjšanja (100 - 105) / 100=-0.05, kar pomeni, da je razmerje upogibnega utora -5/100 (minus označuje nasprotno smer vrtenja). Razliko v številu zob je mogoče spremeniti, da se prilagodi različnim redukcijskim razmerjem in s tem različnim specializiranim potrebam in zahtevam.

V osnovnem harmoničnem pogonu so trije elementi: krožni spline, flexspline in valovni generator. Krožni utor ima notranje zobe, ki se zajetajo z zunanjimi zobmi na upogibnem utoru. Flexspline ima manj zob in posledično manjši efektivni premer kot krožni spline.

Generator valov je eliptične oblike in deluje kot povezava z dvema valjema, ki se vrtita znotraj upogljivega zlepka, zaradi česar se postopoma zaplete s krožnim zlepkom na diametralno nasprotnih točkah. Če se generator valov (vhod) vrti v smeri urinega kazalca, medtem ko je krožni zlepek fiksen, se bo flexspline (izhod) vrtel ali kotalil znotraj krožnega zlepka z veliko počasnejšo hitrostjo v nasprotni smeri urinega kazalca.

Razmerje med vhodno hitrostjo in izhodno hitrostjo je odvisno od razlike v številu zob v krožnem utoru in na utoru. Razmerja hitrosti do 320 proti 1 se lahko ustvarijo v harmoničnih pogonih z eno-reduktorjem, ki so lažji, manjši in učinkovitejši od običajnih pogonov z visokim-razmerjem. Sestavljeni pogoni lahko ustvarijo razmerja do 1.000.000 proti 1. Bodisi krožni spline, flexspline ali valovni generator so lahko fiksni, medtem ko druga dva elementa služita kot vhod in izhod.

Edinstvena in uporabna značilnost Harmonic Drive je njegova sposobnost prenosa gibanja skozi zaprte stene. Zobe flexspline lahko postavite blizu središča dolge, hermetično zaprte gibke cilindrične cevi. Generator valov je lahko znotraj cevi in ​​lahko s svojim vrtenjem odkloni upogljivi zlepek in povzroči počasno vrtenje obkrožajočega krožnega zlepka.

Rotacijska-do-linearna različica Harmonic Drive uporablja vijak in premika krmilno palico v glavi jedrskega reaktorja brez mehanskega stika skozi zaprto cev. Sistemi Harmonic Drive so uporabni pri povečanju izhodnega navora v zobnikih, ki se uporabljajo pri rezkanju, v proizvodnji in v strojih, ki uporabljajo robotske roke. Uporabljali so jih v različnih aplikacijah, od nizko{4}}cenovnih potrošniških predmetov, kot so prodajni avtomati, do sofisticiranih sistemov za vojaško in vesoljsko uporabo.

Harmonični pogonski zobniki se pogosto uporabljajo v vesoljskih aplikacijah, robotiki in sistemih za natančno pozicioniranje zaradi svojih privlačnih lastnosti, vključno s skoraj-nič zračnosti, visokim razmerjem redukcije hitrosti, kompaktno velikostjo in majhno težo. Imajo inherentno periodično napako pozicioniranja, znano kot kinematična napaka, ki je odgovorna za poslabšanje zmogljivosti prenosa.

Jasno razumeti mehanizme napak pri gibanju in njihovo karakterizacijo. Poročamo o analitičnih in eksperimentalnih rezultatih napak gibanja z uporabo namenske študije opreme za testiranje harmoničnega pogona. Najprej je prikazano, da je napaka, imenovana kinematična napaka, dejansko sestavljena iz temeljne komponente, ki predstavlja "čisto" kinematično napako, obarvano z drugo komponento, ki izhaja iz inherentne torzijske prožnosti harmoničnih pogonskih zobnikov.

Slednja komponenta pojasnjuje vir variabilnosti v objavljenih profilih kinematičnih napak. Razčlenitev kinematične napake na osnovno komponento in komponento, povezano s prožnostjo, je prikazana eksperimentalno in analitično s primerjanjem matematičnega modela z eksperimentalnimi podatki. Opisujemo tudi odvisnost kinematične napake od vztrajnostne obremenitve, sklopa zobnikov in vrtilne hitrosti.