Produktdesign von harmonischen Reduzierern

Ein Harmonic-Drive-Untersetzungsgetriebe besteht im Wesentlichen aus drei Kernkomponenten: einem Wellengenerator, einem Flexspline und einem Circular Spline. Der Wellengenerator ist normalerweise auf der Eingangswelle montiert; Es handelt sich um eine elliptische Komponente, in deren Außenring ein Kugellager mit dünnem Querschnitt eingebettet ist. Der Flexspline ist auf der Abtriebswelle montiert; Es handelt sich um eine flexible Metallkomponente mit einer dünn{3}wandigen, becherförmigen-Struktur und einer Außenverzahnung, die in den äußeren Rand des offenen Endes eingeschnitten ist. Der kreisförmige Spline ist normalerweise ortsfest; Es handelt sich um eine starre ringförmige Komponente mit in den Innenumfang eingeschnittenen Innenverzahnungen-Zähne, die die gleiche Größe wie die Zähne des Flexspline haben, jedoch um zwei größere Zähne.

Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Die Rotation des Wellengenerators induziert eine kontrollierbare, periodische elastische Verformung im Flexspline, wodurch dieser eine elliptische Form annimmt. Die Hauptachse dieser Ellipse greift in die Zähne des kreisförmigen Splines ein, während die Nebenachse vollständig außer Eingriff bleibt. Wenn der Circular Spline stationär gehalten wird und der Wellengenerator in eine bestimmte Richtung gedreht wird, führt die elastische Verformung des Flexspline dazu, dass sich die Eingriffspunkte mit den Zähnen des Circular Spline nacheinander verschieben. Da der Flexspline weniger Zähne als der Circular Spline besitzt (normalerweise zwei weniger), rückt der Flexspline bei jeder vollen Umdrehung des Wellengenerators um eine Strecke vor, die zwei Zähnen entspricht, entgegen der Rotationsrichtung des Wellengenerators, wodurch ein hohes Untersetzungsverhältnis erreicht wird.

Zu seinen Getriebeeigenschaften gehören: ein großer Bereich an Untersetzungsverhältnissen (50–300 in einer einzigen Stufe und möglicherweise bis zu 30.000–60.000); eine hohe Anzahl gleichzeitig in Eingriff stehender Zähne (ca. 30 %), was zu einer hohen Tragfähigkeit und einer hohen Übertragungsgenauigkeit führt; sanfte Bewegung mit geringem Geräuschpegel; und die Fähigkeit, ein Engagement ohne Gegenreaktionen zu erreichen. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine kompakte Bauweise aus; Bei gleichem Ausgangsdrehmoment kann sein Volumen um zwei-Drittel und sein Gewicht um die Hälfte reduziert werden.

Die Konstruktion und Herstellung von Harmonic-Drive-Untersetzungsgetrieben stellt mehrere Herausforderungen dar, darunter strenge Anforderungen an die Bearbeitungspräzision, die Gewährleistung der Ermüdungslebensdauer des Flexspline sowie die Kontrolle von Übertragungsfehlern und Spiel. Technologische Innovationen in diesem Bereich drehen sich vor allem um Zahnprofile, Materialien und Strukturdesigns. Beispielsweise entwickelte das japanische Unternehmen Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) doppelt-kreisförmige-Bogenzahnprofile (wie das „IH“-Profil) und „P--Typ“-Zähne, um die Eingriffsqualität zu verbessern und die Tragfähigkeit und Torsionssteifigkeit zu verbessern. In ähnlicher Weise entwickelte Suzhou Leader Harmonic Drive unabhängig eine völlig neue Zahnstruktur vom Typ P- und etablierte auf der Grundlage von Untersuchungen zur tatsächlichen Eingriffsdynamik des Flexspline eine neuartige Theorie des Zahneingriffs. Bei der Konstruktion des Flexsplines wird ein Spezialstahl mit hoher Dauerfestigkeit verwendet und die Leistung wird durch die Optimierung der Wandstärke und der Umformprozesse weiter verbessert. Die Kernkomponente des Wellengenerators ist das flexible Lager, dessen Ermüdungsverhalten durch sorgfältige Materialauswahl, strukturelle Verfeinerungen und Oberflächenbehandlungen optimiert wird.

Um den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden, wurden Oberschwingungsreduzierer in verschiedenen Strukturkonfigurationen entwickelt. Gängige integrierte Modelle (wie die LCS-I-Serie) verfügen über eine standardmäßige zylindrische Struktur mit einem becherförmigen Flexspline; Diese Einheiten verfügen über ein eingebautes Kreuzrollenlager und zeichnen sich durch einen stationären starren Spline- und einen rotierenden Flexspline-Ausgang aus. Um unterschiedlichen räumlichen Einschränkungen und Lastanforderungen gerecht zu werden, sind andere Varianten verfügbar, darunter ultradünne Modelle (z. B. die SHD-Serie mit einer axialen Längenreduzierung von ca. 50 %), Hohlwellenmodelle (z. B. die CPL-Serie) und Hochlastversionen mit externen Lagern (z. B. die CSG{17}}2UH-Serie). Das Produktportfolio umfasst ein breites Größenspektrum-von Miniatur- bis hin zu Großgeräten-und bietet ein umfangreiches Spektrum an Untersetzungsverhältnissen.