SBIRCIAREriduttori armoniciSono dispositivi innovativi di riduzione di precisione che applicano materiali compositi in polietereterchetone (PEEK) alla struttura di trasmissione armonica, combinando le caratteristiche di elevato rapporto di riduzione dei tradizionali riduttori armonici con i vantaggi della leggerezza dei materiali PEEK. Di seguito è riportata un'introduzione dettagliata basata su quattro dimensioni: caratteristiche strutturali, innovazione dei materiali, parametri prestazionali e campi di applicazione:
I. Caratteristiche strutturali
SBIRCIAREI riduttori armonici adottano la classica struttura di trasmissione armonica di un generatore di onde - ingranaggio flessibile - ingranaggio rigido. L'innovazione principale dei riduttori armonici risiede nell'uso di PEEK rinforzato al 50% con fibra di vetro lunga per lo stampaggio a iniezione monoblocco dell'ingranaggio flessibile, mentre l'anello interno dell'ingranaggio rigido è una struttura con inserto in metallo PEEK (base in acciaio + superficie del dente in PEEK). L'anello esterno del cuscinetto del generatore di onde è integrato con una gabbia autolubrificante in PEEK, eliminando la dipendenza dal grasso nei tradizionali riduttori armonici. La struttura complessiva è progettata attraverso l'ottimizzazione topologica, con la tolleranza dello spessore della parete dell'ingranaggio flessibile controllata entro ±0,01 mm per garantire una deformazione elastica costante durante l'ingranamento.
II. Innovazione dei materiali
Innovazione nella leggerezza: la densità dell'ingranaggio flessibile in PEEK è di soli 1,5 g/cm³, riducendo il peso del 60% rispetto a un ingranaggio flessibile in acciaio e abbassando il momento di inerzia del 45%, migliorando significativamente la velocità di risposta dinamica dei giunti robotici.
Resistenza alla fatica: grazie all'ottimizzazione dell'orientamento delle fibre, la resistenza alla fatica da flessione dell'ingranaggio flessibile in PEEK raggiunge i 10⁸ cicli (sotto carico nominale), avvicinandosi all'85% del livello dell'acciaio.
Ottimizzazione dell'attrito: il coefficiente di attrito della superficie del dente in PEEK è basso quanto 0,05 (condizioni di attrito a secco) e, se combinato con il rivestimento in PTFE sulla superficie rigida del dente dell'ingranaggio, consente un funzionamento silenzioso senza olio (rumore≤55 dB).
III. Parametri di prestazione principali
Intervallo di rapporto di riduzione: da 50:1 a 320:1 (trasmissione monostadio), supportando la connessione in serie multistadio per ottenere un rapporto di riduzione ultra-elevato di 10.000:1
Coppia nominale: da 3 a 50 N・m (modelli corrispondenti da HX-14 a HX-50), la coppia di picco può raggiungere il doppio del valore nominale
Indicatori di precisione: Gioco≤1 minuto, errore di trasmissione≤30 secondi d'arco, rigidità torsionale≥20 N・m/rad
Adattabilità ambientale: Temperatura di esercizio -40°Ca 180°C, compatibile con ambienti sotto vuoto (può funzionare stabilmente a 10⁻⁶BENE)
IV. Campi di applicazione tipici
Robot collaborativi: giunti del polso degli effettori finali, come il sesto asse del robot UR5e, che consentono una presa leggera e ad alta precisione
Apparecchiature mediche: giunti di movimento di piccole dimensioni di bracci robotici chirurgici (come il Da Vinci Xi), che richiedono conformità ad ambienti asettici e basse interferenze elettromagnetiche
Aerospaziale: meccanismi di controllo dell'assetto dei satelliti, bracci meccanici dei droni, sfruttando l'adattabilità al vuoto e le caratteristiche di leggerezza per ridurre i costi di lancio.
Riduttori armonici in PEEK: l'uso di PEEK rinforzato con fibra di carbonio (CF/PEEK) per la produzione di riduttori armonici può ridurre lo stress da deformazione a solo 1/7 di quello dell'acciaio, migliorare le caratteristiche di smorzamento e ridurre il rischio di risonanza. Il numero di denti di contatto tra l'ingranaggio flessibile e quello rigido può essere aumentato del 47%, prolungando significativamente la durata a fatica, con un aumento del numero di cicli da 29.000 a 564.000 per gli ingranaggi flessibili in metallo.
Riduttori armonici PEEK: CF/PEEK offre prestazioni superiori
Oltre ai vantaggi quali la resistenza specifica e la resistenza all'usura, rispetto ai cilindri corti a base metallicaRiduttori armonici PEEKI riduttori armonici PEEK realizzati in CF/PEEK presentano le seguenti caratteristiche:①minore stress di deformazione,②migliori caratteristiche di smorzamento, riducendo efficacemente la possibilità di risonanza,③aumento del numero di denti di contatto e dell'area di accoppiamento tra l'ingranaggio flessibile e i denti dell'ingranaggio rigido, migliorando la resistenza al carico e all'impatto del riduttore armonico PEEK,④durata superiore alla fatica, ecc.
(1) Rispetto ai riduttori armonici a cilindro corto in metallo, a parità di carico, lo stress di deformazione dei materiali compositi a base di PEEK è solo 1/7 di quello dell'acciaio. Pertanto, in una dimensione assiale inferiore, è possibile selezionare un modulo di ingranaggi e un coefficiente di deformazione radiale maggiori per la struttura di progettazione, offrendo una maggiore libertà di progettazione.
(2) Le frequenze naturali dell'intero riduttore armonico del materiale composito a base di PEEK sono superiori del 40-45% rispetto a quelle dei materiali a base metallica, il che indica che i riduttori armonici del materiale composito a base di PEEK hanno migliori caratteristiche di smorzamento e possono ridurre efficacemente la possibilità di risonanza.
(3) Nelle condizioni operative nominali di un carico di 20 N·m e una velocità di 2000 rad/min, il numero di denti in presa nel riduttore armonico in materiale composito PEEK aumenta, raggiungendo 52 coppie, con un incremento del 47% rispetto al metallo. L'aumento del numero di denti di contatto e dell'area di presa tra l'ingranaggio flessibile e i denti dell'ingranaggio rigido aumenta l'area di presa della coppia di ingranaggi e la pressione di contatto viene distribuita su più superfici dei denti dell'ingranaggio, migliorando la capacità di carico e la resistenza agli urti del riduttore armonico in PEEK.
(4) A parità di struttura, i riduttori armonici a cilindro corto in CF/PEEK hanno una migliore durata a fatica. I tradizionali riduttori armonici in metallo presentano eccessivi stress da deformazione e i denti degli ingranaggi flessibili subiscono guasti statici quando il numero di cicli raggiunge le 29.000 volte. Si prevede che l'ingranaggio flessibile realizzato in materiali compositi PEEK abbia un numero di cicli di 564.000 volte e una durata a fatica di 939,5 ore.
