PEEKharmonické reduktoryjsou inovativní přesná redukční zařízení, která na strukturu harmonického pohonu aplikují kompozitní materiály z polyetheretherketonu (PEEK) a kombinují tak vysoký redukční poměr tradičních harmonických reduktorů s výhodami nízké hmotnosti materiálů PEEK. Následuje podrobný úvod ze čtyř hledisek: strukturální vlastnosti, inovace materiálů, výkonnostní parametry a oblasti použití:
I. Strukturální prvky
PEEKHarmonické reduktory využívají klasickou harmonickou strukturu pohonu s harmonickým generátorem vln - flexibilním ozubeným kolem - tuhým ozubeným kolem. Hlavní inovací harmonických reduktorů spočívá v použití 50% dlouhého PEEK vyztuženého skelnými vlákny pro jednodílné vstřikování flexibilního ozubeného kola a vnitřní ozubený věnec tuhého ozubeného kola je vložka z PEEK (ocelová základna + zubový povrch PEEK). Vnější kroužek ložiska generátoru vln je integrován se samomaznou klecí PEEK, čímž se eliminuje závislost na mazivu u tradičních harmonických reduktorů. Celková konstrukce je navržena s optimalizací topologie s tolerancí tloušťky stěny flexibilního ozubeného kola řízenou v rozmezí ±0,01 mm, aby byla zajištěna konzistentní elastická deformace během záběru.
II. Materiální inovace
Průlom v lehkosti: Hustota flexibilního ozubeného kola z PEEK je pouze 1,5 g/cm³, což snižuje hmotnost o 60 % ve srovnání s ocelovým flexibilním ozubeným kolem a moment setrvačnosti o 45 %, což výrazně zvyšuje dynamickou rychlost odezvy robotických kloubů.
Odolnost proti únavě: Díky optimalizaci orientace vláken dosahuje životnost ohebného ozubeného kola z PEEK v ohybu 10⁸ cyklů (při jmenovitém zatížení), což se blíží 85 % úrovně oceli.
Optimalizace tření: Koeficient tření povrchu zubu z PEEK je pouhých 0,05 (suché tření) a v kombinaci s povlakem PTFE na pevném povrchu zubu ozubeného kola umožňuje tichý provoz bez oleje (hluk≤55 dB).
III. Základní výkonnostní parametry
Rozsah redukčního poměru: 50:1 až 320:1 (jednostupňový převod), s podporou vícestupňového sériového zapojení pro dosažení ultra vysokého redukčního poměru 10 000:1
Jmenovitý točivý moment: 3 až 50 N・m (odpovídající modely HX-14 až HX-50), špičkový točivý moment může dosáhnout dvojnásobku jmenovité hodnoty
Ukazatele přesnosti: Vůle≤1 minuta, chyba přenosu≤30 obloukových sekund, torzní tuhost≥20 N・m/rad
Přizpůsobivost prostředí: Provozní teplota -40℃na 180℃, kompatibilní s vakuovým prostředím (může stabilně fungovat při 10⁻⁶Dobře)
IV. Typické oblasti použití
Kolaborativní roboti: Zápěstní klouby koncových efektorů, jako je šestá osa robota UR5e, dosahují lehkého a vysoce přesného uchopení.
Lékařské vybavení: Malé pohyblivé klouby chirurgických robotických ramen (například Da Vinci Xi), vyžadující dodržování aseptických podmínek a nízké elektromagnetické rušení.
Letectví a kosmonautika: Mechanismy pro řízení polohy satelitů, mechanická ramena dronů, využití vakuové přizpůsobivosti a nízké hmotnosti ke snížení nákladů na vypouštění.
Reduktory harmonických složek PEEK: Použití PEEK vyztuženého uhlíkovými vlákny (CF/PEEK) k výrobě reduktorů harmonických složek může snížit deformační napětí na pouhou 1/7 napětí u oceli, zlepšit tlumicí vlastnosti a snížit riziko rezonance. Počet kontaktních zubů mezi pružným a pevným ozubeným kolem lze zvýšit o 47 %, což výrazně prodlužuje únavovou životnost, přičemž počet cyklů se zvyšuje z 29 000krát u kovových pružných ozubených kol na 564 000krát.
Reduktory harmonických složek z PEEK: CF/PEEK nabízí vynikající výkon
Kromě výhod, jako je specifická pevnost a odolnost proti opotřebení, ve srovnání s krátkým válcem na bázi kovuReduktory harmonických složek z PEEKReduktory harmonických z PEEK vyrobené z CF/PEEK mají následující vlastnosti:①nižší deformační napětí,2lepší tlumicí vlastnosti, účinně snižující možnost rezonance,③zvýšený počet kontaktních zubů a záběrové plochy mezi pružným a pevným ozubeným kolem, což zvyšuje únosnost a odolnost harmonického reduktoru z PEEK,4vynikající únavová životnost atd.
(1) Ve srovnání s krátkými válcovými harmonickými reduktory na bázi kovu je při stejném zatížení deformační napětí kompozitních materiálů na bázi PEEK pouze 1/7 napětí oceli. Proto lze při menším axiálním rozměru pro konstrukční strukturu zvolit větší modul ozubeného kola a koeficient radiální deformace, což poskytuje větší konstrukční volnost.
(2) Vlastní frekvence celého reduktoru harmonických z kompozitního materiálu na bázi PEEK jsou o 40–45 % vyšší než u reduktorů na bázi kovu, což naznačuje, že reduktory harmonických z kompozitního materiálu PEEK na bázi PEEK mají lepší tlumicí vlastnosti a mohou účinně snižovat možnost rezonance.
(3) Za jmenovitých provozních podmínek zatížení 20 N·m a rychlosti 2000 rad/min se počet zabírajících zubů v reduktoru z kompozitního materiálu PEEK zvyšuje a dosahuje 52 párů, což je o 47 % více než u kovu. Zvýšení počtu kontaktních zubů a plochy záběru mezi pružným a pevným ozubeným kolem zvětšuje plochu záběru dvojice ozubených kol a kontaktní tlak se rozkládá na více povrchů zubů ozubeného kola, což zvyšuje únosnost a odolnost reduktoru z PEEK proti nárazu.
(4) Při stejné konstrukci mají krátké válcové harmonické reduktory CF/PEEK delší únavovou životnost. Tradiční kovové harmonické reduktory jsou vystaveny nadměrnému deformačnímu namáhání a pružné ozubení trpí statickým selháním, když počet cyklů dosáhne 29 000 cyklů. U pružného ozubeného kola vyrobeného z kompozitních materiálů PEEK se očekává počet cyklů 564 000 a únavová životnost 939,5 hodin.
