Harmonic Drives

Rotacijsko kretanje dolazi od ulazne osovine koja može biti osovina servo motora na primjer. Ovo je povezano sa elementom koji se zove "generacija talasa" koji ima eliptični oblik i okružen je eliptičnim kugličnim ležajem. Kako se osovina rotira, ivice mijenjaju položaj, tako da izgleda kao da stvara val kretanja. Ovaj dio je umetnut unutar fleksibilnog utora koji je napravljen od torzijsko krutog, ali fleksibilnog materijala.

Materijal preuzima ovo valovito kretanje savijanjem u skladu s rotacijom ulaznog vratila i također stvara eliptični oblik. Vanjska ivica ovog savitljivog utora ima zupce zupčanika koji su pogodni za prijenos velikih opterećenja bez ikakvih problema. Za prijenos ovih opterećenja, savitljivi zupčanik je ugrađen unutar kružnog zupčanika koji je okrugli zupčanik sa unutrašnjim zupcima.

Ovaj vanjski prsten je krut i njegov unutrašnji promjer je neznatno veći od glavne ose elipse formirane savitljivim klinom. To znači da kružna žica ne poprima eliptični oblik druge dvije komponente, već umjesto toga jednostavno spaja svoje unutrašnje zube s onima na vanjskoj strani savijanja, što rezultira rotacijom savitljivog utora.

Brzina rotacije ovisi o rotaciji ulaznog vratila i razlici u broju zuba između savitljivog i kružnog utora. Savitljivi utor ima manje zuba od kružnog utora, tako da se može rotirati u znatno smanjenom omjeru iu suprotnom smjeru od smjera ulaznog vratila. Omjer redukcije je dat kao: (broj fleksibilnih spline zuba – broj kružnih spline zuba) / broj fleksibilnih spline zuba.

Tako, na primjer, ako fleksibilna žljebova ima 100 zuba, a kružna 105, omjer redukcije je (100 - 105) / 100=-0.05 što znači da je omjer savitljivog ureza -5/100 (minus označava suprotan smjer okretanja). Razlika u broju zuba može se mijenjati kako bi se prilagodili različitim omjerima redukcije, a time i različitim specijaliziranim potrebama i zahtjevima.

U osnovnom Harmonic Drive-u postoje tri elementa: kružni spline, flexspline i generator talasa. Kružna igla ima unutrašnje zube koji se spajaju sa vanjskim zubima na flexspline. Flexspline ima manje zubaca, a samim tim i manji efektivni prečnik od kružnog utora.

Generator valova je eliptičnog oblika i djeluje kao veza s dva valjka koji se rotira unutar flexspline-a, uzrokujući da se progresivno spaja s kružnim utorom u dijametralno suprotnim tačkama. Ako se generator valova (ulaz) rotira u smjeru kazaljke na satu dok je kružni spline fiksiran, flexspline (izlaz) će se rotirati ili kotrljati unutar kružnog šiljka mnogo sporije u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Omjer ulazne brzine i izlazne brzine ovisi o razlici u broju zuba u kružnom i na flexsplineu. Omjeri brzine do 320 prema 1 mogu se proizvesti u jednom-redukcionim Harmonic Drives, koji su lakši, manji i efikasniji od konvencionalnih pogona visokog{4}}omjera. Složeni pogoni mogu proizvesti omjere do 1.000.000 prema 1. Ili kružni spline, flexspline ili generator valova mogu biti fiksni dok druga dva elementa služe kao ulaz i izlaz.

Jedinstvena i korisna karakteristika Harmonic Drive-a je njegova sposobnost da prenosi kretanje kroz zatvorene zidove. Flexspline zubi se mogu postaviti blizu središta dugačke hermetički zatvorene fleksibilne cilindrične cijevi. Generator talasa može biti unutar cijevi, i svojom rotacijom može skrenuti flexspline i proizvesti sporu rotaciju kružnog utora koji okružuje.

Rotaciona-u-linearna verzija Harmonic Drive-a koristi vijak i pomiče kontrolnu šipku u glavi nuklearnog reaktora bez mehaničkog kontakta kroz zapečaćenu cijev. Harmonic Drive sistemi su korisni u povećanju izlaznog obrtnog momenta u zupčanicima koji se koriste u glodanju, u proizvodnji i u mašinama koje koriste robotske ruke. Korišćeni su u raznim aplikacijama, u rasponu od tako jeftinih-potrošnih artikala kao što su automati za prodaju do sofisticiranih sistema za vojnu i svemirsku upotrebu.

Harmonični pogonski zupčanici se široko koriste u svemirskim aplikacijama, robotici i sistemima za precizno pozicioniranje zbog svojih atraktivnih atributa uključujući skoro{0}}nulti zazor, veliki omjer smanjenja brzine, kompaktnu veličinu i malu težinu. Oni posjeduju inherentnu periodičnu grešku pozicioniranja poznatu kao kinematička greška odgovorna za degradaciju performansi prijenosa.

Imati jasno razumijevanje mehanizama grešaka u kretanju i njihovu karakterizaciju. Izvještavamo o analitičkim i eksperimentalnim rezultatima grešaka u kretanju koristeći namjensku studiju opreme za ispitivanje harmonijskog pogona. Prvo je pokazano da se greška koja se naziva kinematička greška zapravo sastoji od osnovne komponente, koja predstavlja "čistu" kinematičku grešku, obojenu drugom komponentom koja proizlazi iz inherentne torzijske fleksibilnosti harmonijskih pogonskih zupčanika.

Posljednja komponenta objašnjava izvor varijabilnosti u objavljenim profilima kinematičke greške. Dekompozicija kinematičke greške na osnovnu komponentu i komponentu vezanu za fleksibilnost demonstrira se eksperimentalno kao i analitički upoređivanjem matematičkog modela s eksperimentalnim podacima. Također karakteriziramo ovisnost kinematičke greške od inercijalnog opterećenja, sklopa zupčanika i brzine rotacije.