Гармонічний редуктор
Компоненти

Гармонічний привід (передача з деформаційною хвилею) є прецизійним редуктором швидкості, що складається з трьох основних компонентів: генератор хвиль (еліптичний кулачок з підшипником тонкого перетину), гнучкий сплайн (тонкостінна чаша або капелюх з зовнішніми зубцями, які еластично деформуються навколо генератора хвиль), та круглий сплайн (жорстке кільце з внутрішніми зубцями, на 2 більше, ніж у гнучкого сплайна). Коли генератор хвиль обертається, зуби гнучкого сплайна взаємодіють із зубами круглого сплайна в двох точках, що забезпечує дуже високе передавальне співвідношення — зазвичай від 30:1 до 160:1 — з майже нульовим зворотним ходом і високою щільністю крутного моменту.

Гнучкий сплайн — це тонкостінний, чашоподібний або капелюхоподібний компонент з тонкими зубцями інволюти на зовнішній окружності. Він повинен бути достатньо жорстким, щоб передавати крутний момент, але достатньо гнучким, щоб еластично деформуватися в еліптичну форму під генератором хвиль. Товщина стінки зазвичай становить 0,3–0,8 мм. Виклики обробки включають: деформацію заготовки під дією різальних сил (що вимагає спеціальних пристроїв і низько-силових траєкторій різання); вібрацію від резонансу тонкої стінки; та досягнення точності профілю зуба ±0,003 мм, поки деталь настільки еластична, що деформується під силою вимірювальної голки. HXC використовує пристрої для гасіння вібрацій, тройкоїдальне фрезерування та виправлену силу вимірювання CMM для вирішення всіх трьох проблем.

Гнучкі сплайни піддаються високим циклічним згинальним напругам і вимагають відмінного ресурсу на втомлення. Галузевий стандарт — 42CrMoA (еквівалент 4140) з загартуванням до HRC 38–42 — він поєднує високу межу текучості (~1 000 МПа) з хорошими характеристиками втоми та оброблюваністю. Для аерокосмічних і критично важливих застосувань, 17-4PH нержавіюча сталь (умова H900) пропонує подібну міцність з кращою корозійною стійкістю. Ti-6Al-4V використовується там, де пріоритетом є мінімальна вага, незважаючи на нижчий модуль пружності — геометрію кута вигину потрібно відрегулювати. Стандартний 42CrMo4 не рекомендується, оскільки має нижчий ресурс втоми, ніж 42CrMoA при циклічному вигині.

Три форми гнучкого сплайна визначають, як сплайн монтується і його осьова довжина: Тип чаші (C) — найпоширеніший; глибока чаша з зубцями біля відкритого кінця та монтажним фланцем на закритому кінці. Забезпечує високу крутильну жорсткість, але вимагає осьової глибини. Тип капелюха (F) — неглибока форма капелюха, де монтажний фланець знаходиться на кінці зубців; дозволяє скоротити загальну довжину складання (плоскі гармонічні приводи). Тип шовкового капелюха (S) — подовжений капелюх з великим діаметром вихідного фланця; максимізує жорсткість вихідного фланця для великих порожнистих гармонічних приводів, що використовуються в зап’ястях роботів. HXC обробляє всі три типи.

Стандартні гармонічні приводи використовують модифікований профіль зуба інволюти — не стандартний зуб шестерні — з зменшеним кутом тиску (зазвичай 20°, але модифікованим) та співвідношенням доденду/деденду, оптимізованим для великого вигину гнучкого сплайна. Точний профіль визначається виробником гармонічного приводу (Harmonic Drive SE, HDSI, Ovalo, Spinea тощо) і вказується на кресленні компонента. HXC обробляє за кресленням профілю замовника, використовуючи 5-осеве одночасне фрезерування профілю зуба або формування зубців з подальшою оптичною перевіркою профілю CMM. Ми не займаємося зворотним інженеруванням профілів зубців конкурентів — потрібне креслення замовника або затверджені дані профілю.

Гармонічні приводи досягають майже нульового зворотного люфту — зазвичай ≤ 1 дугова хвилина в правильно зібраній одиниці, порівняно з 3–10 дуговими хвилинами для прецизійного планетарного редуктора. Це основна перевага, що сприяє їх використанню в суглобах роботів. Досягнення ≤ 1 дугової хвилини вимагає: допуск профілю зуба гнучкого сплайна ±0.003 мм; допуск профілю зуба кругового сплайна ±0.003 мм; допуск профілю кулачка генератора хвиль ±0.004 мм; і концентричність усіх трьох компонентів ≤ 0.005 мм TIR. HXC перевіряє всі чотири параметри на CMM і включає дані в звіт про вимірювання.

Товщина стінки на корені зуба — найтонкіша та найкритичніша точка — вимірюється за допомогою 3D CMM сканування стилусом з діаметром наконечника з рубінової кулі, що відповідає радіусу кореня. Програма CMM картографує зовнішню поверхню кореня зуба та внутрішню поверхню отвору і розраховує мінімальну товщину стінки на кожному виміряному зубі. Для дуже тонких стінок (≤ 0.4 мм) використовується безконтактне оптичне вимірювання CMM з зменшеним зусиллям зонда, щоб уникнути деформації частини під вимірюванням. Усі вимірювання стінок зазначаються у звіті про розмірну перевірку, що надсилається з кожним замовленням.

Круговий сплайн — це жорстке кільцеве зубчасте колесо, яке повинно витримувати контактний тиск від зацеплення зубів гнучкого сплайна. Він зазвичай твердіший за гнучкий сплайн, щоб забезпечити переважний знос зубів гнучкого сплайна (гнучкий сплайн є більш дорогим і важким для заміни компонентом). Стандартні варіанти: 42CrMo4, загартований до HRC 48–52 — найпоширеніший промисловий вибір; M2 HSS, загартований до HRC 60–62 — для максимальної тривалості служби зубів у високонавантажених застосуваннях; SUS440C нержавіюча сталь при HRC 56–58 — для корозійних середовищ; і Нітридований 38CrMoAl — для дуже високої поверхневої твердості з мінімальними деформаціями.

Генератор хвиль складається з еліптичного кулачка з тонкостінним кульковим підшипником пресованим на нього. Зовнішня обойма підшипника деформується еліптично, щоб відповідати кулачку, і ця еліптична зовнішня обойма штовхає гнучкий сплайн у зчеплення з круглим сплайном у двох діаметрально протилежних точках. Тому підшипник повинен бути здатним до тривалої циклічної еліптичної деформації — стандартні підшипники з глибокими канавками швидко виходять з ладу. Використовуються спеціалізовані тонкостінні підшипники гармонічного приводу (клас точності P4 або P5, відповідність ABMA/ISO). HXC обробляє кулачок відповідно до специфікацій виробника підшипників щодо допуску зовнішньої обойми, зазвичай класу P4, щоб забезпечити правильну геометрію деформації.

Так, за умови, що клієнт надає повний інженерний креслення компонента — включаючи дані профілю зуба, допуски, матеріал і термічну обробку. Ми не копіюємо, не проводимо зворотне проектування та не відтворюємо власні конструкції гармонічного приводу без явного дозволу від оригінального дизайнера. Якщо у вас є існуючий компонент, який потрібно відтворити, наша інженерна команда може допомогти вам підготувати необхідне креслення на основі даних вимірювань CMM. Ми постачали запасні гнучкі сплайни, круглі сплайни та генератори хвиль для роботів, де терміни постачання запасних частин від оригінального виробника були неприйнятними.

Вибір обробки поверхні залежить від компонента: Гнучкі сплайни — зазвичай без покриття на формі зуба (покриття додає варіацію товщини, що змінює зчеплення зубів). Застосовується дробеструйна обробка для покращення втомлювальної міцності радіусу дна чаші. Круглі сплайни — чорний оксид для сталевих версій (мінімальний вплив на розміри <1 мкм); пасивація для нержавіючої сталі. Генератори хвиль — хромування на зовнішньому діаметрі кулачка застосовується, коли з'єднання кулачка з підшипником вимагає контрольованого зростання, в іншому випадку залишається обробленим. Вихідні фланці — жорстке анодування (Тип III) для алюмінію; пасивація для нержавіючої сталі. Усі покриття наносяться після обробки до остаточних допусків, з урахуванням, що обробляється за потреби.

Співвідношення зменшення гармонійного приводу визначається виключно кількістю зубців: Співвідношення = Z_circular / (Z_circular − Z_flex). Оскільки круглий сплайн завжди має точно на 2 зубці більше, ніж гнучкий сплайн, формула спрощується до: Співвідношення = Z_circular / 2. Круглий сплайн з 100 зубцями (гнучкий сплайн з 98 зубцями) дає співвідношення 50:1. Загальні співвідношення коливаються від 30:1 (Z_c=60) до 160:1 (Z_c=320). Вищі співвідношення вимагають більше зубців при тому ж модулі — або зовнішній діаметр зростає, або модуль зменшується. HXC може обробляти компоненти для будь-якого співвідношення; надайте ваше необхідне співвідношення та обмеження по контуру, і ми розрахуємо оптимальну кількість зубців і модуль.

Надайте якомога більше з наступного: тип компонента (гнучкий сплайн / круглий сплайн / генератор хвиль / вихідний фланець); розміри зовнішнього діаметра та отвору; кількість зубців і модуль (або крок); малюнок профілю зубця або посилання на модель Harmonic Drive; товщина стінки (для гнучких сплайнів); матеріал і необхідна твердість; обробка поверхні та обробка; ключові допуски (клас отвору, концентричність, радіальне биття); та кількість. Файл STEP з анотацією GD&T є ідеальним. Номер моделі Harmonic Drive SE або HDSI (наприклад, CSF-20-100-2UH), поєднаний з назвою компонента, є достатнім для початку запиту.

Час виконання залежить від типу та складності компонентів: Гнучкі сплайни (чаша/кепка) — 7–12 днів для 1–5 шт. прототипу; 15–25 днів для партії 20–50 шт. Круглі сплайни — 7–12 днів прототип; 14–22 дні партія. Генератори хвиль — 7–14 днів прототип; 14–20 днів партія. Вихідні фланці — 5–10 днів прототип; 12–18 днів партія. Швидка послуга на 5 днів доступна для прототипів з одного компонента за додаткову плату. Для виробничих партій 100+ шт. час виконання вказується на основі проекту. Усі терміни виконання починаються з затвердження креслення та отримання депозиту.