Reducer Harmonic
Componente

Un antrenament harmonic (antrenament cu undă de tensiune) este un redutor de viteză de precizie format din trei componente principale: generatorul de undă (un cam elliptic cu un rulment cu secțiune subțire), flex spline (o cupă sau pălărie cu pereți subțiri, cu dinți exterioari care se deformează elastic în jurul generatorului de undă), și circular spline (un inel rigid cu dinți interni, cu 2 mai mulți decât flex spline). Pe măsură ce generatorul de undă se rotește, dinții flex spline-ului se angajează cu dinții circular spline-ului în două puncte, producând un raport de reducere foarte mare — de obicei între 30:1 și 160:1 — cu joc aproape zero și densitate mare a cuplului.

Flex spline-ul este o componentă cu pereți subțiri, în formă de cupă sau pălărie cu dinți involutivi cu pas fin pe circumferința exterioară. Trebuie să fie suficient de rigid pentru a transmite cuplu, dar și flexibil pentru a se deforma elastic într-o formă ovală sub generatorul de undă. Grosimea pereților este de obicei între 0,3–0,8 mm. Provocările în prelucrare includ: devierea piesei sub forțele de tăiere (necesitând dispozitive personalizate și trasee de scule cu forță redusă); zgomotul cauzat de rezonanța pereților subțiri; și atingerea unei precisii a profilului dinților de ±0,003 mm, în condițiile în care piesa este atât de flexibilă încât se deformează sub forța sondei de măsurare. HXC utilizează dispozitive de amortizare a vibrațiilor, frezare trocoidală și forță de măsurare corectată cu CMM pentru a aborda toate cele trei aspecte.

Flex splines experimentează stres de îndoire ciclică ridicat și necesită o durată excelentă de oboseală. Standardul industriei este 42CrMoA (echivalent cu 4140) întărit până la HRC 38–42 — combină o rezistență la tracțiune ridicată (~1.000 MPa) cu o performanță bună la oboseală și prelucrare. Pentru aplicații aerospațiale și critice din punct de vedere al greutății, oțel inoxidabil 17-4PH (condiție H900) oferă rezistență similară cu o rezistență la coroziune mai bună. Ti-6Al-4V este utilizat acolo unde greutatea minimă este prioritară, în ciuda modului elastic mai scăzut — geometria unghiului de flexiune trebuie ajustată. 42CrMo4 standard nu este recomandat deoarece are o durată de viață la oboseală mai scurtă decât 42CrMoA în condiții de îndoire ciclică.

Cele trei forme de flex spline definesc modul în care este montat spline-ul și lungimea sa axială: tip Cupă (C) — cel mai comun; o cupă adâncă cu dinți aproape de capătul deschis și o flanșă de montare la capătul închis. Oferă o rigiditate torsională ridicată, dar necesită adâncime axială. tip Pălărie (F) — o formă de pălărie superficială unde flanșa de montaj este la capătul dinților; permite o lungime totală mai scurtă a ansamblului (drive-uri armonice tip clătită). Tipul Silk-hat (S) — o pălărie extinsă cu un diametru mare al flanșei de ieșire; maximizează rigiditatea flanșei de ieșire pentru drive-urile armonice cu gol de mare diametru utilizate în încheieturile robotului. Mașinile HXC pot produce toate cele trei tipuri.

Drive-urile armonice standard utilizează o profil de dinți involut modificat — nu un dinte de angrenaj standard — cu un unghi de presiune redus (de obicei 20°, dar modificat) și un raport între addendum și dedendum optimizat pentru deformarea mare a flex-spline-ului. Profilul exact este definit de producătorul drive-ului armonic (Harmonic Drive SE, HDSI, Ovalo, Spinea etc.) și este specificat pe desenul componentului. Mașinile HXC realizează profilul dinților conform desenului clientului folosind frezare simultană a formei dinților pe 5 axe sau formarea dinților prin ștanțare, urmată de verificare optică a profilului cu CMM. Nu realizăm inginerie inversă a profilurilor dinților concurenților — este necesar un desen al clientului sau date aprobate ale profilului.

Drive-urile armonice ating un joc aproape zero — de obicei ≤ 1 minut de arc într-un ansamblu corect asamblat, comparativ cu 3–10 minute de arc pentru un motor planetar de precizie. Acest avantaj fundamental le face preferate pentru utilizarea în articulațiile roboților. Obținerea unui joc ≤ 1 minut de arc necesită: toleranța profilului dinților flex-spline ±0.003 mm; profilul dinților circular-spline ±0.003 mm; profilul camerei generatorului de unde ±0.004 mm; și concentricitatea celor trei componente ≤ 0.005 mm TIR. HXC verifică toți cei patru parametri pe CMM și include datele în raportul de măsurare.

Grosimea peretelui la rădăcina dinților — punctul cel mai subțire și critic — se măsoară folosind scanare 3D cu stylus CMM cu un vârf de mărime rubin adaptat la raza rădăcinii. Programul CMM mapează suprafața exterioară a rădăcinii dinților și suprafața interioară a găurii și calculează grosimea minimă a peretelui pentru fiecare dinte măsurat. Pentru pereți foarte subțiri (≤ 0.4 mm), se folosește o măsurare optică fără contact cu CMM cu forță redusă a sondei pentru a evita deformarea piesei în timpul măsurării. Toate măsurătorile peretelui sunt raportate în raportul de inspecție dimensională livrat împreună cu fiecare comandă.

Circular-spline-ul este o roată rigidă care trebuie să suporte stresul de contact din angajamentul dinților flex-spline-ului. De obicei, este mai dur decât flex-spline-ul pentru a asigura uzura preferențială a dinților flex-spline-ului (flex-spline-ul fiind componenta mai costisitoare și mai dificil de înlocuit). Opțiuni standard: 42CrMo4 tratat prin călire până la HRC 48–52 — cea mai comună alegere industrială; M2 HSS tratat termic la HRC 60–62 — pentru durată maximă a dinților în aplicații cu ciclu înalt; Oțel inoxidabil SUS440C la HRC 56–58 — pentru medii corozive; și Nitrurat 38CrMoAl — pentru duritate foarte ridicată a suprafeței cu deformare minimă.

Generatorul de unde constă dintr-un cămă elliptic cu un rulment cu bile de secțiune subțire presat pe el. Căptușeala exterioară a rulmentului se deformează eliptic pentru a se potrivi cu camă, iar această căptușeală exterioară eliptică împinge flex-spline-ul în contact cu circular spline-ul în două puncte diametral opuse. Rulmentul trebuie, prin urmare, să fie capabil de deformare ciclică eliptică susținută — rulmenții standard cu adâncime mare nu rezistă rapid. Se folosesc rulmenți dedicați rulmenți pentru transmisie harmonică cu secțiune subțire (clasa de precizie P4 sau P5, conform ABMA/ISO). Mașina HXC ajustează toleranța de seat a rulmentului conform specificațiilor producătorului, de obicei clasa P4, pentru a asigura geometria corectă a deformării.

Da, cu condiția ca clientul să furnizeze o desen tehnic complet de inginerie al componentului — inclusiv date despre profilul dinților, toleranțe, material și tratament termic. Nu copiem, nu reverse-engineerăm sau nu reproducem proiecte proprietare de transmisii armonice fără autorizare explicită din partea designerului original. Dacă aveți un component existent care trebuie replicat, echipa noastră de inginerie vă poate ajuta să pregătiți desenul necesar din datele de măsurare CMM. Am furnizat splines flex înlocuitoare, splines circulare și generatoare de valuri pentru roboți unde timpul de livrare al pieselor de schimb ale producătorului original era inacceptabil.

Alegerea tratamentului de suprafață depinde de component: Splines flex — de obicei fără acoperire pe forma dinților (acoperirea adaugă variație de grosime care modifică angrenajul dinților). Șlefuirea cu jet de nisip este aplicată pentru a îmbunătăți durata de viață a oblonului de la baza cupelor. Splines circulare — oxid negru pentru versiunile din oțel (impact dimensional minim <1 µm); passivare pentru inox. Generatoare de valuri — placare cu crom pe diametrul exterior al camerei este aplicată atunci când potrivirea camerei cu rulmentul necesită creștere controlată, altfel rămâne prelucrată la mașină. Flanșe de ieșire — anodizare dură (Tip III) pentru aluminiu; passivare pentru inox. Toate acoperirile sunt aplicate după prelucrare pentru a atinge toleranțele finale, cu adaos de material prelucrat după necesitate.

Raportul de reducție al unui drive harmonic este determinat în întregime de numărul dinților: Raport = Z_circular / (Z_circular − Z_flex). Deoarece angrenajul circular are întotdeauna exact 2 dinți în plus față de angrenajul flex, formula se simplifică la: Raport = Z_circular / 2. Un angrenaj circular cu 100 de dinți (angrenaj flex cu 98 de dinți) oferă un raport de 50:1. Raporturile comune variază de la 30:1 (Z_c=60) până la 160:1 (Z_c=320). Rapoartele mai mari necesită mai mulți dinți la același modul — fie crește diametrul exterior, fie scade modulul. HXC poate fabrica componente pentru orice raport; furnizați raportul dorit și constrângerile de încadrare și vom calcula numărul optim de dinți și modulul.

Furnizați cât mai multe dintre următoarele: tipul componentului (angrenaj flex / angrenaj circular / generator de undă / flanșă de ieșire); dimensiuni OD și diametrul de găurire; numărul de dinți și modulul (sau pasul); desenul profilului dinților sau referința modelului Harmonic Drive; grosimea peretelui (pentru angrenajele flex); materialul și duritatea necesară; finisajul suprafeței și tratamentul; toleranțele cheie (clasa găurii, concentricitate, rundul fațetei); și cantitate. Un fișier STEP cu adnotare GD&T este ideal. Numărul modelului Harmonic Drive SE sau HDSI (de exemplu, CSF-20-100-2UH) combinat cu numele componentului este suficient pentru a începe o ofertă.

Timpul de livrare depinde de tipul și complexitatea componentelor: Răsuciri flex (ceață/căciulă) — 7–12 zile pentru prototip de 1–5 bucăți; 15–25 zile pentru lot de 20–50 bucăți. Splines circulare — prototip în 7–12 zile; lot în 14–22 zile. Generatoare de valuri — prototip în 7–14 zile; lot în 14–20 zile. Flanșe de ieșire — prototip în 5–10 zile; lot în 12–18 zile. Serviciu accelerat de 5 zile este disponibil pentru prototipuri cu componentă unică contra cost suplimentar. Pentru producții de peste 100 de bucăți, timpul de livrare se estimează în funcție de proiect. Toate timpii de livrare încep de la aprobarea desenului și primirea avansului.