TheЦиклоидальный редуктор PEEKЦиклоидальный редуктор с цевочным механизмом, основным компонентом которого является композитный материал ПЭЭК. Он сочетает в себе высокую грузоподъемность циклоидальной передачи с малым весом материала ПЭЭК. Ниже представлена информация о конструктивном принципе, преимуществах материалов, эксплуатационных характеристиках и вариантах применения:
1. Структурный принцип
Циклоидальный редуктор PEEK использует одноступенчатую циклоидальную цевочную передачу, состоящую из эксцентрикового входного вала, двух циклоидальных колес PEEK с разницей фаз 180°, стального корпуса цевочной шестерни и выходного механизма. При вращении входного вала эксцентриковая втулка приводит в движение циклоидальное колесо, совершая планетарное движение. Профиль зубьев циклоидального колеса входит в зацепление с зубьями цевочной шестерни на корпусе цевочной шестерни, передавая движение и мощность через выходной вал. Основная инновация заключается в использовании литья под давлением из PEEK, армированного 40% углеродным волокном, для циклоидального колеса и композитной конструкции PEEK-металл для цевочной шестерни, что обеспечивает лёгкость и самосмазываемость компонентов трансмиссии.
2. Материальные преимущества
Легкая конструкция: плотность циклоидального редуктора PEEK составляет всего 1,45 г/см³, что снижает вес на 50–60 % по сравнению со стальными циклоидальными колесами и снижает общий вес более чем на 35 %, что особенно подходит для роботизированных сочленений с чувствительными требованиями к нагрузке;
Прочность: поверхностная твёрдость материала PEEK достигает R120 по Роквеллу, а в сочетании с армированием углеродным волокном износ поверхности зубьев составляет всего 1/5 от износа стали. Материал способен длительно работать без смазки в условиях высоких температур.
Температурная адаптируемость: циклоидальный редуктор PEEK может стабильно работать в широком диапазоне температур от -50°C до -50°C.℃до 200℃, с температурой тепловой деформации до 343℃, отвечающие требованиям высокотемпературных промышленных сред.
3. Основные параметры производительности
Передаточное отношение: от 8:1 до 100:1 (одноступенчатая), поддерживается двухступенчатое последовательное соединение для достижения более высоких передаточных чисел.
Номинальный крутящий момент: от 10 до 200 Н・м (соответствующие модели ВХ-25 – ВХ-100)
Точность передачи: зазор возврата≤3 угловые минуты, эффективность передачи 95% (в номинальных условиях)
Индекс долговечности: Усталостная долговечность при номинальной нагрузке тссссс 8000 часов, ударная нагрузка в 3 раза превышает номинальный крутящий момент.
4. Типичные сценарии применения
Суставы гуманоидных роботов: могут быть адаптированы к двигателям мощностью от 50 Вт до 5 кВт. Благодаря композитной конструкции внутреннего и внешнего вала вес снижается на 33%, а плотность крутящего момента увеличивается на 50%. Они подходят для сложных движений, таких как движения пальцев и коленных суставов, требующих как силы, так и гибкости.
Вспомогательные компоненты промышленных роботов: Для легконагруженных запястных шарниров промышленных роботов или дополнительных исполнительных модулей, требующих частых пусков-остановок и гибкого поворота, использование циклоидальных редукторов из ПЭЭК позволяет снизить вес неосновных деталей трансмиссии и сократить время простоя при техническом обслуживании за счет их усталостной прочности.
V. Применение материалов для основных компонентов
Спиральнозубая коническая шестерня: Спиральнозубая коническая шестерня является основным компонентом трансмиссии спиральнозубого конического редуктора из ПЭЭК. Использование ПЭЭК или ПЭЭК, армированного углеродным волокном, для изготовления спиральнозубого конического редуктора позволяет значительно снизить вес, сохраняя при этом точность передачи. Согласно общедоступной информации, облегченный спиральнозубый конический редуктор из ПЭЭК, представленный компанией Комэй Инновации, имеет спиральнозубую коническую шестерню, которая благодаря инновационным материалам повышает ударопрочность редуктора на 200% при весе 1,62 кг, что соответствует требованиям к высоким нагрузкам гуманоидных роботов. В то же время, усталостная прочность ПЭЭК помогает продлить срок службы спиральнозубого конического редуктора в условиях высокочастотных и знакопеременных нагрузок.
Зубья со штифтами: Зубья со штифтами непосредственно контактируют с поверхностью зубьев конической шестерни со спиральными зубьями и требуют высокой износостойкости. Использование зубьев со штифтами из композитного материала на основе ПЭЭК или металлических зубьев с покрытием ПЭЭК позволяет использовать низкий коэффициент трения ПЭЭК для снижения трения и износа поверхности зубьев, что может снизить потребность в смазке или упростить её. Кроме того, эластичность материала может смягчить воздействие зацепления, снижая рабочий шум.
Опорные и уплотнительные элементы: Торцевая крышка, опорное кольцо и другие структурные элементы редуктора изготовлены из материала PEEK, что позволяет снизить вес нетрансмиссионных деталей и добиться общего снижения массы. Уплотнения из PEEK, благодаря своим преимуществам, таким как высокая термостойкость и химическая коррозионная стойкость, предотвращают утечку смазочного масла внутри редуктора и противостоят эрозии в агрессивных средах, что делает их пригодными для использования под водой, в условиях высоких температур и других особых условиях, например, в робототехнике.
Преимущества по сравнению с традиционными спирально-коническими редукторами из ПЭЭК
Исключительная лёгкость: плотность ПЭЭК составляет около 1,32 г/см³, что значительно ниже, чем у обычно используемых металлических материалов. Использование ПЭЭК для изготовления некоторых деталей позволяет значительно снизить вес редуктора, снизить нагрузку на сочленения робота, улучшить гибкость движений и эффективность использования энергии, что имеет большое значение для гуманоидных роботов, которым требуется высокая степень свободы и длительное время автономной работы.
Оптимизированный контроль шума: благодаря определенной эластичности и самосмазывающимся свойствам PEEK циклоидальный редуктор PEEK может эффективно гасить вибрацию, возникающую при зацеплении спиральной конической шестерни и цевочного колеса, тем самым снижая уровень шума и облегчая использование роботов в таких условиях, как лаборатории и медицинские учреждения, где существует повышенная чувствительность к шуму.
Повышенная адаптируемость к окружающей среде: ПЭЭК обладает превосходной химической стойкостью и эксплуатационными характеристиками в широком диапазоне температур. В сложных условиях, когда традиционные металлические редукторы подвержены выходу из строя из-за высоких температур и риска химической коррозии, редукторы на основе компонентов ПЭЭК могут работать стабильно в течение длительного времени.
Основные сценарии применения
Суставы гуманоидных роботов: передаточное отношение одноступенчатого спирально-конического редуктора из ПЭЭК может достигать 87, а двухступенчатого — даже превышать 3000. Циклоидальный редуктор из ПЭЭК обладает высокой грузоподъемностью и точностью. Облегченная версия из ПЭЭК подходит для суставов талии и бедер, а также нижних конечностей гуманоидных роботов, требующих как прочности, так и чувствительности к весу. Согласно исследованию Госинь Ценные бумаги, использование соответствующего редуктора для суставов нижних конечностей позволяет снизить вес на 18% и повысить точность управления примерно в 3 раза.
Специальные роботы: При использовании в специальных роботах, например, для аэрокосмических исследований и глубоководных исследований, малый вес может сократить расходы на транспортировку и электроэнергию, а превосходная устойчивость к воздействию окружающей среды может гарантировать надежную работу редуктора в сложных температурно-влажностных условиях и в присутствии химических едких веществ.
