PEEKгармонические редукторыЭто инновационные прецизионные редукторы, в которых композитные материалы на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) используются в конструкции волновой передачи, сочетая в себе высокие передаточные числа традиционных волновых редукторов с преимуществами легкости материалов ПЭЭК. Ниже представлено подробное описание по четырём направлениям: структурные особенности, инновационные материалы, эксплуатационные характеристики и области применения:
I. Конструктивные особенности
PEEKВ гармонических редукторах используется классическая структура гармонического привода: генератор волн - гибкая шестерня - жесткая шестерня. Инновация в гармонических редукторах заключается в использовании 50% армированного длинным стекловолокном ПЭЭК для цельного литья под давлением гибкой шестерни, а внутреннее зубчатое кольцо жесткой шестерни представляет собой конструкцию из ПЭЭК-металлической вставки (стальное основание + поверхность зуба ПЭЭК). Внешнее кольцо подшипника генератора волн интегрировано с самосмазывающимся сепаратором ПЭЭК, что исключает зависимость от смазки, как в традиционных гармонических редукторах. Общая структура спроектирована с учетом оптимизации топологии, с допуском толщины стенки гибкой шестерни в пределах ±0,01 мм для обеспечения постоянной упругой деформации во время зацепления.
II. Материальные инновации
Прорыв в области легкости: плотность гибкой шестерни из ПЭЭК составляет всего 1,5 г/см³, что снижает вес на 60% по сравнению с гибкой стальной шестерней и снижает момент инерции на 45%, значительно повышая скорость динамического реагирования сочленений робота.
Усталостная прочность: благодаря оптимизации ориентации волокон усталостная долговечность гибкой шестерни из ПЭЭК при изгибе достигает 10⁸ циклов (при номинальной нагрузке), приближаясь к 85% от уровня стали.
Оптимизация трения: коэффициент трения поверхности зубьев PEEK составляет всего 0,05 (условие сухого трения), а в сочетании с покрытием ПТФЭ на жесткой поверхности зубьев шестерни обеспечивает бесшумную работу без масла (шум≤55 дБ).
III. Основные параметры производительности
Диапазон передаточных чисел: от 50:1 до 320:1 (одноступенчатая передача), поддержка многоступенчатого последовательного соединения для достижения сверхвысокого передаточного числа 10 000:1
Номинальный крутящий момент: от 3 до 50 Н・м (соответствующие модели HX-14 – HX-50), максимальный крутящий момент может достигать двух номинальных значений
Показатели точности: Люфт≤1 минута, ошибка передачи≤30 угловых секунд, жесткость на кручение≥20 с.ш.・м/рад
Адаптация к окружающей среде: рабочая температура -40℃до 180℃, совместимый с вакуумными средами (может стабильно работать при 10⁻⁶Хорошо)
IV. Типичные области применения
Коллаборативные роботы: запястные суставы рабочих органов, такие как шестая ось робота UR5e, обеспечивающие легкий и высокоточный захват
Медицинское оборудование: небольшие подвижные соединения рук хирургических роботов (например, Да Винчи Си), требующие соблюдения асептических условий и низкого уровня электромагнитных помех.
Авиация и космонавтика: механизмы управления ориентацией спутников, механические руки беспилотников, использование их способности адаптироваться к вакууму и легких характеристик для снижения затрат на запуск.
Редукторы гармонических колебаний из ПЭЭК: Использование ПЭЭК, армированного углеродным волокном (CF/PEEK), для изготовления редукторов гармонических колебаний позволяет снизить деформационное напряжение до 1/7 от напряжения, возникающего при деформации стали, улучшить демпфирующие характеристики и снизить риск резонанса. Количество контактных зубьев между гибким и жестким зубчатыми колесами может быть увеличено на 47%, что значительно увеличивает усталостную долговечность: число циклов увеличивается с 29 000 для металлических гибких зубчатых колес до 564 000.
Редукторы гармоник PEEK: CF/PEEK обеспечивает превосходную производительность
Помимо таких преимуществ, как удельная прочность и износостойкость, по сравнению с металлическими короткоцилиндровымиРедукторы гармоник PEEK, PEEK-регуляторы гармоник, изготовленные из CF/PEEK, имеют следующие характеристики:①меньшее деформационное напряжение,②лучшие характеристики демпфирования, эффективно снижающие вероятность резонанса,③увеличенное количество контактных зубьев и площадь зацепления между гибким зубчатым колесом и жестким зубчатым колесом, что повышает несущую способность и ударопрочность волнового редуктора из ПЭЭК,④превосходная усталостная долговечность и т.д.
(1) По сравнению с металлическими короткоцилиндровыми волновыми редукторами, при той же нагрузке деформационное напряжение композитных материалов на основе ПЭЭК составляет всего 1/7 от напряжения стали. Таким образом, при меньшем осевом размере можно выбрать больший модуль зубчатой передачи и коэффициент радиальной деформации для проектной конструкции, что обеспечивает большую свободу проектирования.
(2) Собственные частоты всего гармонического редуктора на основе композитного материала PEEK на 40–45 % выше, чем у редукторов на основе металла, что свидетельствует о том, что гармонические редукторы на основе композитного материала PEEK обладают лучшими демпфирующими характеристиками и могут эффективно снижать вероятность резонанса.
(3) При номинальных рабочих условиях нагрузки 20 Н·м и скорости 2000 рад/мин количество зубьев в зацеплении в волновом редукторе из композитного материала ПЭЭК увеличивается, достигая 52 пар, что на 47% больше, чем в металлическом. Увеличение количества зубьев и площади зацепления между гибким зубчатым колесом и жестким зубчатым колесом увеличивает площадь зацепления зубчатой пары, а контактное давление распределяется по большему количеству поверхностей зубьев, что повышает несущую способность и ударопрочность волнового редуктора из ПЭЭК.
(4) При одинаковой конструкции короткоцилиндровые гармонические редукторы из CF/PEEK обладают более высокой усталостной долговечностью. Традиционные металлические гармонические редукторы подвержены чрезмерному деформационному напряжению, и зубья гибких шестерен выходят из строя при количестве циклов, достигающем 29 000. Ожидается, что гибкая шестерня из композитного материала PEEK будет иметь количество циклов 564 000 и усталостную долговечность 939,5 часов.
