PEEKхармонични редукториса иновативни устройства за прецизно редуциране, които прилагат композитни материали от полиетеретеркетон (PEEK) към структурата на хармоничното задвижване, комбинирайки характеристиките на високия коефициент на редуциране на традиционните хармонични редуктори с предимствата на леките PEEK материали. Следва подробно въведение от четири измерения: структурни характеристики, иновации в материалите, параметри на производителност и области на приложение:
I. Структурни характеристики
PEEKХармоничните редуктори възприемат класическата структура на хармонично задвижване от генератор на вълни - гъвкаво зъбно колело - твърдо зъбно колело. Основната иновация на хармоничните редуктори се състои в използването на 50% дълго стъклено влакно подсилен PEEK за еднокомпонентното шприцване на гъвкавото зъбно колело, а вътрешният зъбен пръстен на твърдото зъбно колело е вложена структура от PEEK-метален елемент (стоманена основа + PEEK зъбна повърхност). Външният пръстен на лагера на генератора на вълни е интегриран със самосмазваща се клетка от PEEK, елиминирайки зависимостта от грес в традиционните хармонични редуктори. Цялостната структура е проектирана чрез топологична оптимизация, като толерансът на дебелината на стената на гъвкавото зъбно колело се контролира в рамките на ±0,01 мм, за да се осигури постоянна еластична деформация по време на зацепване.
II. Материални иновации
Пробив в лекотата: Плътността на гъвкавото зъбно колело от PEEK е само 1,5 г/см³, което намалява теглото с 60% в сравнение със стоманено гъвкаво зъбно колело и понижава момента на инерция с 45%, значително подобрявайки динамичната скорост на реакция на роботните съединения.
Устойчивост на умора: Чрез оптимизация на ориентацията на влакната, животът на гъвкавото зъбно колело от PEEK при умора при огъване достига 10⁸ цикъла (при номинално натоварване), приближавайки се до 85% от нивото на стоманата.
Оптимизация на триенето: Коефициентът на триене на зъбната повърхност от PEEK е едва 0,05 (условие на сухо триене), а в комбинация с ПТФЕ покритието върху твърдата зъбна повърхност на зъбното колело, това позволява безшумна работа без масло (шум≤55dB).
III. Основни параметри на производителността
Диапазон на редукционно съотношение: от 50:1 до 320:1 (едностепенна трансмисия), поддържащ многостепенно серийно свързване за постигане на ултрависоко редукционно съотношение от 10 000:1
Номинален въртящ момент: от 3 до 50 N・м (съответстващи модели HX-14 до HX-50), максималният въртящ момент може да достигне два пъти номиналната стойност
Индикатори за точност: Луфт≤1 минута, грешка при предаване≤30 дъгови секунди, торсионна твърдост≥20 N・м/рад
Адаптивност към околната среда: Работна температура -40℃до 180℃, съвместим с вакуумна среда (може да работи стабилно при 10⁻⁶Ами)
IV. Типични области на приложение
Сътруднически роботи: Китковите стави на крайните ефектори, като например шестата ос на робота UR5e, постигат леко и високопрецизно захващане.
Медицинско оборудване: Малки подвижни стави на хирургически роботизирани рамена (като Да Винчи Си), изискващи спазване на асептични условия и ниски електромагнитни смущения
Аерокосмическа индустрия: Механизми за контрол на положението на спътниците, механични ръце за дронове, използващи вакуумната им адаптивност и леките им характеристики за намаляване на разходите за изстрелване.
PEEK хармонични редуктори: Използването на PEEK (CF/PEEK), подсилен с въглеродни влакна, за производството на хармонични редуктори може да намали деформационното напрежение до само 1/7 от това на стоманата, да подобри характеристиките на демпфиране и да намали риска от резонанс. Броят на контактните зъби между гъвкавото зъбно колело и зъбите на твърдото зъбно колело може да се увеличи с 47%, което значително удължава експлоатационния живот, като броят на циклите се увеличава от 29 000 пъти за метални гъвкави зъбни колела до 564 000 пъти.
PEEK хармонични редуктори: CF/PEEK предлага превъзходна производителност
В допълнение към предимства като специфична якост и износоустойчивост, в сравнение с късоцилиндровите двигатели на метална основаPEEK хармонични редуктори, PEEK хармоничните редуктори, изработени от CF/PEEK, имат следните характеристики:①по-ниско деформационно напрежение,2по-добри характеристики на затихване, ефективно намаляващи възможността за резонанс,③увеличен брой контактни зъби и площ на зацепване между гъвкавото зъбно колело и твърдото зъбно колело, което подобрява носещата способност и удароустойчивостта на хармоничния редуктор от PEEK,4превъзходна издръжливост на умора и др.
(1) В сравнение с металните късоцилиндрични хармонични редуктори, при същото натоварване, деформационното напрежение на композитните материали на базата на PEEK е само 1/7 от това на стоманата. Следователно, при по-малък аксиален размер, за проектната структура може да се избере по-голям зъбен модул и коефициент на радиална деформация, осигурявайки по-голяма свобода при проектиране.
(2) Собствените честоти на целия хармоничен редуктор от композитен материал на базата на PEEK са с 40-45% по-високи от тези на металната основа, което показва, че хармоничните редуктори от композитен материал на базата на PEEK имат по-добри характеристики на затихване и могат ефективно да намалят възможността за резонанс.
(3) При номинални работни условия на натоварване от 20 N·m и скорост от 2000 радиация/мин., броят на зацепващите се зъби в хармоничния редуктор от композитен материал PEEK се увеличава, достигайки 52 двойки, което е с 47% повече в сравнение с метала. Увеличаването на броя на контактните зъби и площта на зацепване между гъвкавото зъбно колело и твърдите зъби на зъбното колело увеличава площта на зацепване на зъбната двойка и контактното налягане се разпределя върху повече повърхности на зъбите на зъбното колело, което повишава носещата способност и удароустойчивостта на хармоничния редуктор от PEEK.
(4) При същата конструкция, късоцилиндричните хармонични редуктори CF/PEEK имат по-добра издръжливост на умора. Традиционните метални хармонични редуктори са подложени на прекомерно деформационно напрежение, а гъвкавите зъби на зъбното колело претърпяват статично разрушаване, когато броят на циклите достигне 29 000 пъти. Очаква се гъвкавото зъбно колело, изработено от композитни материали PEEK, да има брой цикли от 564 000 пъти и издръжливост на умора от 939,5 часа.
