PEEKharmonični reduktorjiso inovativne naprave za precizno redukcijo, ki v strukturo harmoničnega pogona nanesejo kompozitne materiale iz polietereterketona (PEEK), ki združujejo visoko redukcijsko razmerje tradicionalnih harmoničnih reduktorjev s prednostmi lahke teže materialov PEEK. Sledi podroben uvod s štirih vidikov: strukturne značilnosti, inovacije materialov, parametri delovanja in področja uporabe:
I. Strukturne značilnosti
PEEKHarmonični reduktorji uporabljajo klasično harmonično pogonsko strukturo generatorja valov - fleksibilnega zobnika - togega zobnika. Osnovna inovacija harmoničnih reduktorjev je uporaba 50 % dolgega steklenega vlakna ojačanega PEEK materiala za brizganje fleksibilnega zobnika v enem kosu, notranji zobniški obroč togega zobnika pa je vstavljen iz kovine PEEK (jeklena osnova + zobata površina PEEK). Zunanji obroč ležaja generatorja valov je integriran s samomazalno kletko PEEK, kar odpravlja odvisnost od masti v tradicionalnih harmoničnih reduktorjih. Celotna struktura je zasnovana z optimizacijo topologije, pri čemer je toleranca debeline stene fleksibilnega zobnika nadzorovana znotraj ±0,01 mm, da se zagotovi dosledna elastična deformacija med zaklepanjem.
II. Materialne inovacije
Preboj v lahki konstrukciji: Gostota fleksibilnega zobnika PEEK je le 1,5 g/cm³, kar zmanjša težo za 60 % v primerjavi z jeklenim fleksibilnim zobnikom in zniža vztrajnostni moment za 45 %, kar znatno izboljša dinamično odzivnost robotskih sklepov.
Odpornost proti utrujenosti: Z optimizacijo orientacije vlaken doseže upogibna utrujenost fleksibilnega zobnika PEEK 10⁸ ciklov (pri nazivni obremenitvi), kar se približuje 85 % ravni jekla.
Optimizacija trenja: Koeficient trenja zobne površine PEEK je nizek, le 0,05 (pogoji suhega trenja), v kombinaciji s PTFE prevleko na togi zobni površini pa omogoča tiho delovanje brez olja (hrup≤55 dB).
III. Osnovni parametri delovanja
Območje redukcijskega razmerja: od 50:1 do 320:1 (enostopenjski menjalnik), podpira večstopenjsko serijsko povezavo za doseganje izjemno visokega redukcijskega razmerja 10.000:1
Nazivni navor: 3 do 50 N・m (ustrezni modeli HX-14 do HX-50), lahko največji navor doseže dvakratnik nazivne vrednosti
Kazalniki natančnosti: Zračnost≤1 minuta, napaka pri prenosu≤30 ločnih sekund, torzijska togost≥20 S・m/rad
Prilagodljivost okolju: Delovna temperatura -40℃do 180℃, združljiv z vakuumskimi okolji (lahko stabilno deluje pri 10⁻⁶Pa)
IV. Tipična področja uporabe
Kolaborativni roboti: Zapestni sklepi končnih efektorjev, kot je šesta os robota UR5e, omogočajo lahek in visoko natančen prijem.
Medicinska oprema: Majhni gibljivi sklepi kirurških robotskih rok (kot je Da Vinci Xi), ki zahtevajo skladnost z aseptičnimi okolji in nizke elektromagnetne motnje.
Letalstvo: Mehanizmi za nadzor položaja satelitov, mehanske roke za drone, z uporabo vakuumske prilagodljivosti in lahke teže za zmanjšanje stroškov izstrelitve.
Harmonični reduktorji PEEK: Uporaba PEEK-a, ojačanega z ogljikovimi vlakni (CF/PEEK), za izdelavo harmoničnih reduktorjev lahko zmanjša deformacijsko napetost na samo 1/7 napetosti pri jeklu, izboljša lastnosti dušenja in zmanjša tveganje resonance. Število kontaktnih zob med fleksibilnim in togim zobnikom se lahko poveča za 47 %, kar znatno podaljša življenjsko dobo utrujenosti, pri čemer se število ciklov poveča z 29.000-kratnika za kovinske fleksibilne zobnike na 564.000-kratnik.
PEEK harmonski reduktorji: CF/PEEK ponuja vrhunsko zmogljivost
Poleg prednosti, kot sta specifična trdnost in odpornost proti obrabi, v primerjavi s kratkim valjem na kovinski osnoviharmonični reduktorji PEEK, reduktorji harmonikov PEEK, izdelani iz CF/PEEK, imajo naslednje lastnosti:①nižja deformacijska napetost,2boljše lastnosti dušenja, ki učinkovito zmanjšujejo možnost resonance,3povečano število kontaktnih zob in površina prijema med fleksibilnim in togim zobnikom, kar povečuje nosilnost in udarno odpornost harmoničnega reduktorja PEEK,4vrhunska utrujenostna življenjska doba itd.
(1) V primerjavi s kratkovaljnimi harmoničnimi reduktorji na kovinski osnovi je pri enaki obremenitvi deformacijska napetost kompozitnih materialov na osnovi PEEK le 1/7 napetosti jekla. Zato je pri manjši aksialni dimenziji mogoče za konstrukcijsko strukturo izbrati večji zobniški modul in koeficient radialne deformacije, kar zagotavlja večjo svobodo pri načrtovanju.
(2) Naravne frekvence celotnega harmonskega reduktorja iz kompozitnega materiala na osnovi PEEK so za 40–45 % višje od frekvenc kovinskih reduktorjev, kar kaže na to, da imajo harmonski reduktorji iz kompozitnega materiala PEEK na osnovi PEEK boljše lastnosti dušenja in lahko učinkovito zmanjšajo možnost resonance.
(3) Pri nazivnih obratovalnih pogojih obremenitve 20 N·m in hitrosti 2000 rad/min se število zob v harmoničnem reduktorju iz kompozitnega materiala PEEK poveča in doseže 52 parov, kar je 47 % več kot pri kovini. Povečanje števila kontaktnih zob in površine zatiča med fleksibilnim in togim zobnikom poveča površino zatiča zobniškega para, kontaktni tlak pa se porazdeli po več površinah zob zobnika, kar poveča nosilnost in udarno odpornost harmoničnega reduktorja PEEK.
(4) Pri enaki strukturi imajo kratkovaljni harmonični reduktorji CF/PEEK boljšo utrujenostno dobo. Tradicionalni kovinski harmonični reduktorji so podvrženi prekomerni deformacijski napetosti, zobje fleksibilnega zobnika pa so podvrženi statični odpovedi, ko število ciklov doseže 29.000-krat. Pri fleksibilnem zobniku iz kompozitnih materialov PEEK se pričakuje 564.000-kratno število ciklov in utrujenostna doba 939,5 ur.
