Harmoniske drev

Rotationsbevægelsen kommer fra en indgangsaksel, der for eksempel kan være en servomotorakse. Dette er forbundet med et element kaldet "bølgegenerering", som har en elliptisk form og er omkranset af et elliptisk kugleleje. Når skaftet roterer, ændrer kanterne position, så det ser ud som om det genererer en bevægelsesbølge. Denne del er indsat i en fleksibel spline, der er lavet af et vridningsstift, men fleksibelt materiale.

Materialet optager denne bølgede bevægelse ved at bøje sig i henhold til rotationen af ​​indgangsakslen og skaber også en elliptisk form. Den ydre kant af denne flex spline har tandhjul, der er velegnede til at overføre høje belastninger uden problemer. For at overføre disse belastninger er flex-noten monteret inde i den cirkulære not, som er et rundt tandhjul med indvendige tænder.

Denne ydre ring er stiv, og dens indvendige diameter er marginalt større end hovedaksen af ​​ellipsen dannet af den bøjelige spline. Dette betyder, at den cirkulære spline ikke antager den elliptiske form af de to andre komponenter, men i stedet for, at den blot griber sine indre tænder i indgreb med dem på den ydre flex spline side, hvilket resulterer i rotation af flex spline.

Omdrejningshastigheden er afhængig af rotationen af ​​indgangsakslen og forskellen i antallet af tænder mellem den fleksible spline og den cirkulære spline. Den fleksible spline har færre tænder end den cirkulære spline, så den kan rotere i et meget reduceret forhold og i den modsatte retning end indgangsakslen. Reduktionsrationen er givet ved: (antal flex spline-tænder – antal cirkulære spline-tænder) / antal flex spline-tænder.

Så hvis f.eks. den flex-spline har 100 tænder, og den cirkulære spline har 105, er reduktionsforholdet (100 - 105) / 100=-0.05, hvilket betyder, at flex-spline-forholdet er -5/100 (minus angiver den modsatte retning af spin). Forskellen i antallet af tænder kan ændres for at imødekomme forskellige reduktionsforhold og dermed forskellige specialiserede behov og krav.

Der er tre elementer i et grundlæggende harmonisk drev: en cirkulær spline, en flexspline og en bølgegenerator. Den cirkulære spline har indvendige tænder, der går i indgreb med udvendige tænder på flexspline. Flexspline har færre tænder og dermed en mindre effektiv diameter end den cirkulære spline.

Bølgegeneratoren er elliptisk i form og fungerer som et led med to ruller, der roterer inden i flexspline, hvilket får den til at gå i indgreb med den cirkulære spline progressivt ved diametralt modsatte punkter. Hvis bølgegeneratoren (indgangen) roterer med uret, mens den cirkulære spline er fast, vil flexspline (outputtet) rotere eller rulle inde i den cirkulære spline med en meget langsommere hastighed i retning mod uret.

Forholdet mellem inputhastigheden og outputhastigheden afhænger af forskellen i antallet af tænder i den cirkulære spline og på flexspline. Hastighedsforhold så høje som 320 til 1 kan produceres i enkelt-reduktion harmoniske drev, som er lettere, mindre og mere effektive end konventionelle drev med høj-forhold. Sammensatte drev kan producere forhold så høje som 1.000.000 til 1. Enten den cirkulære spline, flexspline eller bølgegeneratoren kan være fikseret, mens de to andre elementer tjener som input og output.

En unik og nyttig egenskab ved Harmonic Drive er dens evne til at overføre bevægelse gennem forseglede vægge. Flexspline-tænderne kan placeres nær midten af ​​et langt hermetisk forseglet fleksibelt cylindrisk rør. Bølgegeneratoren kan være inde i røret, og ved sin rotation kan den afbøje flexspline og frembringe en langsom rotation af den omsluttende cirkulære spline.

En roterende-til-lineær version af Harmonic Drive bruger en skrue og flytter styrestangen i et atomreaktorhoved uden mekanisk kontakt gennem et forseglet rør. Harmoniske drivsystemer er nyttige til at øge udgangsmomentet i gear, der bruges til fræsning, i fremstilling og i maskiner, der bruger robotarme. De er blevet brugt i en række forskellige applikationer, lige fra så billige-forbrugsvarer som salgsautomater til sofistikerede systemer til militær- og rumfartsbrug.

Harmoniske drivgear bruges i vid udstrækning i rumapplikationer, robotteknologi og præcisionspositioneringssystemer på grund af deres attraktive egenskaber, herunder næsten-nul slør, højhastighedsreduktionsforhold, kompakt størrelse og lille vægt. De har en iboende periodisk positioneringsfejl kendt som kinematisk fejl, der er ansvarlig for forringelse af transmissionens ydeevne.

Har en klar forståelse af mekanismerne bag bevægelsesfejl og deres karakterisering. Vi rapporterer analytiske og eksperimentelle resultater af bevægelsesfejl ved hjælp af en dedikeret undersøgelse af testudstyr til harmonisk drev. Det er først vist, at fejlen kaldet kinematisk fejl faktisk består af en fundamental komponent, der repræsenterer den "rene" kinematiske fejl, farvet af en anden komponent, der stammer fra den iboende torsionsfleksibilitet af de harmoniske drivtandhjul.

Sidstnævnte komponent forklarer kilden til variabilitet i offentliggjorte kinematiske fejlprofiler. Dekomponeringen af ​​den kinematiske fejl i en grundlæggende komponent og en fleksibilitetsrelateret komponent demonstreres eksperimentelt såvel som analytisk ved at matche en matematisk model med eksperimentelle data. Vi karakteriserer også afhængigheden af ​​den kinematiske fejl på inertibelastning, gearsamling og rotationshastighed.