Гармонный редуктор
Компоненты

Г harmonический привод (мачтовый привод) — прецизионный редуктор скорости, состоящий из трех основных компонентов: генератор волны (эллиптический кулачок с опорой малого сечения подшипника), гибко-склянка (тонкостенный чашеобразный или колпакообразный элемент с внешними зубьями, который упруго деформируется вокруг генератора волны), и круговая шестерня (жесткое кольцо с внутренними зубьями, на 2 больше, чем гибкая шестерня). При вращении генератора волны зубья гибкой шестерни зацепляются за зубья круговой шестерни в двух точках, создавая очень высокий передаточный коэффициент — обычно от 30:1 до 160:1 — с почти нулевой люфт и высокой плотностью крутящего момента.

Гибкая шестерня — это тонкостенная, чашеобразная или колпакообразная деталь с мелкоцилиндрическими зазубринами по внешнему окружности. Он должен быть достаточно жестким, чтобы передавать момент, и в то же время достаточно гибким, чтобы эластично деформироваться в эллиптическую форму под волногенератором. Толщина стенки обычно 0,3–0,8 мм. Проблемы обработки включают: деформация заготовки под действием резбовых сил (требуются нестандартные зажимы и траектории резания с малыми силами); чаттер из-за резонанса тонкой стенки; и достижение точности профиля зубьев ±0,003 мм при таком уровне гибкости детали, что она деформируется под силой измерительного зонда. HXC использует вибродемпфирующие крепления, копирную фрезеровку по траектории очистки и скорректированное измерение силы координационного СОЕ для решения всех трех задач.

Гибкие сплайны подвергаются высоким циклическим изгибным напряжениям и требуют отличной долговечности по усталости. Промышленный стандарт равен 42CrMoA (эквивалент 4140) закалён до HRC 38–42 — сочетает в себе высокий предел текучести (~1 000 МПа) с хорошей стойкостью к усталости и обрабатываемостью. Для аэрокосмических и тяжёлых по массе применений, нержавеющая сталь 17-4PH (условие H900) обеспечивает аналогичную прочность с лучшей коррозионной стойкостью. Титан Ti-6Al-4V используется там, где основным является минимальный вес, несмотря на меньшую модуль упругости — геометрию изгиба гибкой зубчатой ленты необходимо скорректировать. Стандартная 42CrMo4 не рекомендуется, так как имеет меньшую долговечность усталости по сравнению с 42CrMoA при циклическом сгибании.

Три формы гибких цилиндров определяют, как зубец крепится и его осевую длину: Чашечный тип (C) — самый распространённый; глубокая чашка с зубьями у открытого конца и крепёжным фланцем на закрытом конце. Обеспечивает высокую крутильную жёсткость, но требует осевой глубины. Шляпочный тип (F) — плоская шляпная форма, где крепёжный фланец расположен у конца зуба; позволяет более короткую общую длину сборки (панкейк-генераторы гармоники). Шёлковая шляпа (S) тип — расширенная шляпа с большим диаметром выходного фланца; максимизирует жёсткость выходного фланца для крупных полых роторных гармонических приводов, используемых в роботизированных запястьях. Все три типа обрабатываются на XMC.

Стандартные гармонические приводы используют изменённый профиль зуба эволвовой зацепления — не стандартный зуб шестерни — с уменьшенным углом давления (обычно 20°, но модифицированным) и отношением добавочного/выемочного зазора, оптимизированным под большой прогиб гибкого зубчатого венца. Точный профиль определяется производителем гармонического привода (Harmonic Drive SE, HDSI, Ovalo, Spinea и др.) и указан в чертеже компонента. Машины HXC по профилю заказчика по чертежу получают м Milling формы зубьев с одновременным 5-осевым станочным обработанием или шейпование зубьев шестерни с последующей оптической проверкой профиля с помощью CMM. Мы не восстанавливаем зубные профили конкурентов — требуется заказной чертёж заказчика или одобренные данные профиля.

Гармонические приводы достигают почти нулевого люфта — обычно ≤ 1 дуговая минута в корректно собранном узле, по сравнению с 3–10 дуговыми минутами для прецизионной планетарной головки. Это фундаментальное преимущество, определяющее их использование в суставах роботов. Достижение ≤ 1 дуговой минуты требует: допуск зубьев гибкого венца ±0.003 мм; допуск зубьев кругового венца ±0.003 мм; профиль кулачка волнового генератора ±0.004 мм; и соосность всех трёх компонентов ≤ 0.005 мм TIR. HXC проверяет все четыре параметра на CMM и включает данные в отчёт о измерениях.

Толщина стенки у корня зуба — самой тонкой и самой критичной точки — измеряется с помощью 3D-сканирования стилуса CMM с алмазным шариком насадкой диаметром, соответствующим радиусу корня. Программа CMM сопоставляет внешнюю поверхность корня зуба и внутреннюю поверхность отверстия и рассчитывает минимальную толщину стенки для каждого измеренного зуба. Для очень тонких стенок (≤ 0.4 мм) применяется неконтактное оптическое измерение CMM с пониженным усилием зонда используется для предотвращения отклонения детали под измерением. Все стенковые измерения приводятся в отчёте по Dimensional inspection, отправляемом вместе с каждым заказом.

Круговая шпонка представляет собой жёсткое зубчатое кольцо, способное выдерживать контактное усилие от сцепления зубьев гибкой шпонки. Обычно она тверже гибкой шпонки, чтобы зубья гибкой шпонки изнашивались прежде (гибкая шпонка — более дорогой и труднее заменимый компонент). Стандартный выбор: 42CrMo4 закалён до HRC 48–52 — наиболее распространённый промышленный выбор; M2 HSS закалён до HRC 60–62 — для максимального срока службы зубьев в условиях большой цикличности; SUS440C нержавеющая сталь при HRC 56–58 — для коррозионной среды; и Нитридированная 38CrMoAl — для очень высокой твёрдости поверхности с минимальными искажениями.

Волновой генератор состоит из эллиптического кулачка с тонкосекционной шарикоподшипник вдавлен в него. Внешнее кольцо подшипника деформируется эллиптически, чтобы совпасть с кулачком, и эта эллиптическая внешняя обойма подшипника толкает гибкий сплайн во взаимодействие с круговым сплайном в двух диаметрально противоположных точках. Поэтому подшипник должен быть способен устойчивой циклической эллиптической деформации — стандартные подшипники глубокой канавки быстро выходят из строя. Используются специальные тонкосекционные гармонитические приводы подшипники (класс точности P4 или P5, соответствие ABMA/ISO) . ХКК обрабатывает кулачок в соответствии с допуском посадочной обоймы производителя подшипника, обычно класс P4, чтобы обеспечить правильную геометрию деформации.

Да, при условии, что заказчик предоставляет полную工程чертежную документацию компонента — включая данные профиля зубчатого венца, допуски, материал и термообработку. Мы не копируем, не реверс-инжинирируем и не воспроизводим проприетарные проекты гармонических приводов без явного разрешения оригинального разработчика. Если у вас есть существующий компонент, который нужно воспроизвести, наш инженерный отдел поможет подготовить необходимый чертеж по данным измерений CMM. Мы поставляли запасные гибкие сплайны, круговые сплайны и генераторы волн для роботов, где сроки запасных частей у оригинального производителя были неприемлемы.

Выбор обработки поверхности зависит от компонента: Гибкие сплайны — обычно без покрытия на форме зуба (покрытие добавляет толщину, которая изменяет сетку зубьев). Штамповка ударного закалки применяется для улучшения усталостной прочности чаша нижнего радиуса. Круговые шлицы — черное оксидирование для стальных версий (минимальное влияние на размерности <1 мкм); пассивация для нержавеющей стали. Генераторы волн — хромированное покрытие на внешнем диаметре кулачка применяется, когда посадка кулачка в подшипник требует контролируемого роста, в противном случае оставляется обработанным. Выходные фланцы — твердый анодирование (Type III) для алюминия; пассивация для нержавеющей стали. Все покрытия наносятся после обработки по итоговым допускам, с допуском, обработанным по мере необходимости.

Степень редукции гармонического привода определяется полностью количеством зубьев: Соотношение = Z_круговой / (Z_круговой − Z_гибкий). Так как круговая шлица всегда имеет ровно на 2 зуба больше гибкой шлицы, формула упрощается до: Соотношение = Z_круговой / 2. 100-зубая круговая шлица (98-зубая гибкая шлица) дает отношение 50:1. Распространенные передачи варьируются от 30:1 (Z_к=60) до 160:1 (Z_к=320). Более высокие передаточные числа требуют больше зубьев при том же модуле — либо наружный диаметр растет, либо модуль уменьшается. HXC может обработать детали для любого отношения; укажите требуемое отношение и габариты, и мы рассчитаем оптимальное количество зубьев и модуль.

Предоставьте как можно больше из следующего: тип компонента (гибкая зубчатка / круговая зубчатка / генератор волн / выходной фланец); Ø и диаметры отверстий; количество зубьев и модуль (или шаг); чертеж профиля зубьев или ссылка на модель Harmonic Drive; толщина стенки (для гибких зубчаток); материал и требуемая твердость; качество поверхности и обработка; квалифицируемые допуски (класс отверстия, концентричность, плоскостной биение); и количество. Файл STEP с аннотацией GD&T идеален. Модель Harmonic Drive SE или HDSI с номером детали (например, CSF-20-100-2UH), в сочетании с названием компонента, достаточно для начала коммерческого предложения.

Сроки зависят от типа компонента и сложности: Гибкие шлицы (чашечные/шляпочные) — 7–12 дней для прототипов 1–5 шт.; 15–25 дней для партии 20–50 шт. Круговые шлицы — 7–12 дней прототип; 14–22 дня партия. Генераторы волн — 7–14 дней прототип; 14–20 дней партия. Выходные фланцы — 5–10 дней прототип; 12–18 дней партия. Услуга ускоренной обработки за 5 дней доступна для прототипов отдельных компонентов по повышенной ставке. Для серий производства 100+ шт. срок изготовления рассчитывается на основе проекта. Все сроки начинают отсчет с утверждения чертежа и получения депозита.