Ten/Ta/Tocykloidní reduktor PEEKje cykloidní redukční zařízení s ozubeným kolem, jehož hlavní převodovou součástí je kompozitní materiál PEEK. Kombinuje vysokou únosnost cykloidního převodu s nízkou hmotností materiálu PEEK. Následují podrobnosti o konstrukčním principu, materiálových výhodách, výkonnostních parametrech a scénářích použití:
1. Strukturální princip
Cykloidní reduktor z PEEK využívá jednostupňovou cykloidální převodovou strukturu s větrníkem: skládá se z excentrického vstupního hřídele, dvou cykloidních kol z PEEK s fázovým posunem 180°, ocelové skříně ozubeného kola a výstupního mechanismu. Když se vstupní hřídel otáčí, excentrické pouzdro pohání cykloidní kolo a vykonává planetární pohyb. Profil zubů cykloidního kola zapadá do zubů čepu na skříni ozubeného kola a přenáší pohyb a výkon přes výstupní hřídel. Hlavní inovací spočívá v použití vstřikovaného materiálu PEEK vyztuženého 40 % uhlíkovými vlákny pro cykloidní kolo a kompozitní struktury PEEK-kov pro čep ozubeného kola, čímž se dosahuje nízké hmotnosti a samomaznosti převodových součástí.
2. Materiální výhody
Lehká konstrukce: Hustota cykloidního reduktoru PEEK je pouze 1,45 g/cm³, což snižuje hmotnost o 50–60 % ve srovnání s ocelovými cykloidními koly a celkovou hmotnost o více než 35 %, což je obzvláště vhodné pro robotické spoje s citlivými požadavky na zatížení;
Houževnatost: Povrchová tvrdost materiálu PEEK dosahuje tvrdosti dle Rockwella R120 a v kombinaci s výztuhou z uhlíkových vláken je míra opotřebení povrchu zubů pouze 1/5 opotřebení oceli. Materiál si stále udržuje dlouhodobý provoz bez mazání za podmínek vysokých teplot.
Teplotní přizpůsobivost: Cykloidní reduktor PEEK může stabilně pracovat v širokém teplotním rozsahu -50℃na 200℃, s teplotou tepelné deformace až 343℃, splňující požadavky průmyslového prostředí s vysokými teplotami.
3. Základní výkonnostní parametry
Redukční poměr: 8:1 až 100:1 (jednostupňový), s podporou dvoustupňového sériového zapojení pro dosažení vyšších redukčních poměrů
Jmenovitý točivý moment: 10 až 200 N・m (odpovídající modely BX-25 až BX-100)
Přesnost přenosu: Vůle zpětného toku≤3 obloukové minuty, účinnost přenosu 95 % (za jmenovitých podmínek)
Index životnosti: Únavová životnost při jmenovitém zatížení > 8000 hodin, únosnost při rázovém zatížení je 3násobkem jmenovitého krouticího momentu
4. Typické scénáře použití
Klouby humanoidních robotů: Lze je přizpůsobit motorům o výkonu 50 W až 5 kW. Díky kompozitní struktuře vnitřní a vnější hřídele lze snížit hmotnost o 33 % a zvýšit hustotu točivého momentu o 50 %, což je vhodné pro složité pohybové scénáře, jako jsou klouby prstů a kolen, které vyžadují jak sílu, tak flexibilitu.
Pomocné komponenty průmyslových robotů: U lehkých zápěstních kloubů průmyslových robotů nebo dodatečných výkonových modulů, které vyžadují časté spouštění a zastavování a flexibilní otáčení, může použití cykloidních reduktorů PEEK snížit hmotnost nejádrových částí převodovky a zkrátit prostoje z důvodu údržby díky své odolnosti proti únavě materiálu.
V. Použití materiálů pro klíčové komponenty
Spirálové kuželové kolo: Spirálové kuželové kolo je hlavní převodovou součástí spirálového kuželového reduktoru z PEEK. Použití PEEK nebo PEEK vyztuženého uhlíkovými vlákny k výrobě spirálového kuželového kola může výrazně snížit hmotnost a zároveň zachovat přesnost převodu. Podle veřejně dostupných informací má lehký spirálový kuželový reduktor z PEEK, který představila společnost Komei Innovation, spirálové kuželové kolo, které díky inovaci materiálu zvyšuje odolnost reduktoru proti nárazu o 200 % při hmotnosti 1,62 kg, což splňuje požadavky humanoidních robotů na vysoké zatížení. Zároveň únavová odolnost PEEK pomáhá prodloužit životnost spirálového kuželového kola za podmínek vysokofrekvenčního a střídavého zatížení.
Zuby čepu: Zuby čepu se přímo dotýkají povrchu zubu spirálového kuželového ozubeného kola a vyžadují dobrou odolnost proti opotřebení. Použití zubů čepu z kompozitního materiálu na bázi PEEK nebo kovových zubů čepu s povlakem PEEK může využít nízkého koeficientu tření PEEK ke snížení tření a opotřebení na povrchu zubu, což může snížit závislost na mazání nebo umožnit jednodušší mazací schémata. Navíc jeho elastická vlastnost může tlumit dopad záběru a snížit provozní hluk.
Nosné a těsnicí komponenty: Koncový kryt, nosný kroužek a další konstrukční komponenty reduktoru jsou vyrobeny z materiálu PEEK, což umožňuje snížit hmotnost netransmisních jádrových částí a dosáhnout celkové lehké hmotnosti. Těsnění vyrobená z PEEK mohou díky svým výhodám odolnosti vůči vysokým teplotám a chemické korozi zabránit úniku mazacího oleje uvnitř reduktoru a odolat erozi v náročných vnějších podmínkách, což je vhodné pro použití pod vodou, při vysokých teplotách a v dalších speciálních situacích pro robotické aplikace.
Výhody oproti tradičním spirálovým kuželovým reduktorům z PEEK
Vynikající nízkou hmotnost: Hustota PEEK je přibližně 1,32 g/cm³, což je mnohem méně než u běžně používaných kovových materiálů. Použití PEEK k výrobě některých součástí může výrazně snížit hmotnost reduktoru, snížit zatížení kloubů robota, zlepšit flexibilitu pohybu a účinnost využití energie, což má velký význam pro humanoidní roboty, kteří usilují o vysoký stupeň volnosti a dlouhou životnost baterie.
Optimalizovaná regulace hluku: Díky určité elasticitě a samomazacím vlastnostem PEEK může cykloidní reduktor PEEK účinně tlumit vibrace generované záběrem spirálového kuželového ozubeného kola a čepu, čímž snižuje hluk a usnadňuje použití robotů v prostředích citlivých na hluk, jako jsou laboratoře a lékařská prostředí.
Zvýšená přizpůsobivost prostředí: PEEK má vynikající chemickou odolnost a široký teplotní rozsah použití. V komplexních situacích, kde jsou tradiční kovové reduktory náchylné k selhání v důsledku vysokých teplot a rizika chemické koroze, mohou reduktory na bázi komponentů PEEK stabilně fungovat po delší dobu.
Hlavní scénáře použití
Klouby humanoidních robotů: Jednostupňový redukční poměr spirálového kuželového reduktoru z PEEK může dosáhnout 87 a dvoustupňový může dokonce překročit 3000. Cykloidní reduktor z PEEK má vlastnosti s vysokou zátěží a vysokou přesností. Lehká verze z PEEK je vhodná pro klouby, jako je pas a kyčle, a dolní končetiny humanoidních robotů, které vyžadují jak pevnost, tak citlivost na hmotnost. Podle výzkumu společnosti Guoxin Securities může použití odpovídajícího reduktoru pro klouby dolních končetin snížit hmotnost o 18 % a zlepšit přesnost řízení přibližně 3krát.
Speciální roboti: Při použití ve speciálních robotech, jako je letecký průzkum a hlubokomořský výzkum, může nízká hmotnost snížit náklady na dopravu a energii a vynikající tolerance vůči prostředí může zajistit spolehlivý provoz reduktoru ve složitých teplotních a vlhkostních podmínkách a za přítomnosti chemických korozivních látek.
