ElReductor cicloidal PEEKEs un dispositivo reductor de rueda dentada cicloidal con un material compuesto de PEEK como componente principal de transmisión. Combina la alta capacidad de carga de la transmisión cicloidal con las características de ligereza del material PEEK. A continuación, se detallan el principio estructural, las ventajas del material, los parámetros de rendimiento y los escenarios de aplicación:
1. Principio estructural
El reductor cicloidal de PEEK adopta una estructura de transmisión de rueda dentada cicloidal de una sola etapa: consta de un eje de entrada excéntrico, dos ruedas cicloidales de PEEK con una diferencia de fase de 180°, una carcasa de engranaje de pasador de acero y un mecanismo de salida. Cuando el eje de entrada gira, el manguito excéntrico impulsa la rueda cicloidal para realizar un movimiento planetario. El perfil dentado de la rueda cicloidal engrana con los dientes del pasador en la carcasa del engranaje de pasador, transmitiendo movimiento y potencia a través del eje de salida. La principal innovación reside en el uso de PEEK moldeado por inyección reforzado con un 40 % de fibra de carbono para la rueda cicloidal y la estructura compuesta de PEEK y metal para el pasador del engranaje de pasador, lo que logra un peso ligero y la autolubricación de los componentes de la transmisión.
2. Ventajas materiales
Diseño liviano: la densidad del reductor cicloidal PEEK es de solo 1,45 g/cm³, lo que reduce el peso en un 50%-60% en comparación con las ruedas cicloidales de acero y reduce el peso total en más de un 35%, especialmente adecuado para articulaciones de robot con requisitos de carga sensibles;
Tenacidad: La dureza superficial del material PEEK alcanza la dureza Rockwell R120. Combinada con el refuerzo de fibra de carbono, la tasa de desgaste de la superficie del diente es solo 1/5 de la del acero. Puede mantener un funcionamiento prolongado sin lubricación en condiciones de alta temperatura.
Adaptabilidad de temperatura: El reductor cicloidal PEEK puede funcionar de manera estable dentro de un amplio rango de temperatura de -50°Chasta 200°C, con una temperatura de deformación térmica de hasta 343°C, cumpliendo los requisitos de entornos industriales de alta temperatura.
3. Parámetros básicos de rendimiento
Relación de reducción: 8:1 a 100:1 (etapa única), compatible con conexión en serie de dos etapas para lograr relaciones de reducción más altas
Par nominal: 10 a 200 N・m (modelos correspondientes BX-25 a BX-100)
Precisión de transmisión: espacio libre de retorno≤3 minutos de arco, eficiencia de transmisión > 95% (en condiciones nominales)
Índice de vida: Vida útil por fatiga bajo carga nominal > 8000 horas, la capacidad de carga de impacto es 3 veces el par nominal
4. Escenarios típicos de aplicación
Articulaciones de robot humanoide: Adaptables a motores de 50 W a 5 kW. Gracias a la estructura compuesta de eje interno y externo, se reduce el peso en un 33 % y la densidad de torque aumenta en un 50 %, ideal para movimientos complejos, como articulaciones de dedos y rodillas, que requieren fuerza y flexibilidad.
Componentes auxiliares de robots industriales: para articulaciones de muñeca de carga liviana de robots industriales o módulos de ejecución adicionales que necesitan arranques y paradas frecuentes y giros flexibles, el uso de reductores cicloidales de PEEK puede reducir el peso de las piezas de transmisión no centrales y reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento debido a su resistencia a la fatiga.
V. Aplicación de materiales para componentes clave
Engranaje cónico espiral: El engranaje cónico espiral es el componente principal de la transmisión del reductor de engranajes cónicos espirales de PEEK. El uso de PEEK o PEEK reforzado con fibra de carbono en su fabricación permite reducir significativamente el peso, manteniendo al mismo tiempo la precisión de la transmisión. Según información pública, el reductor cónico espiral ligero de PEEK, presentado por Komei Innovation, incorpora un engranaje cónico espiral que, gracias a la innovación en materiales, aumenta la resistencia al impacto del reductor en un 200 % con un peso de 1,62 kg, cumpliendo así con los requisitos de carga de los robots humanoides. Al mismo tiempo, la resistencia a la fatiga del PEEK ayuda a prolongar la vida útil del engranaje cónico espiral en condiciones de carga alterna y de alta frecuencia.
Dientes de pasador: Los dientes de pasador entran en contacto directo con la superficie del diente del engranaje cónico espiral y requieren una buena resistencia al desgaste. El uso de dientes de pasador de material compuesto a base de PEEK o de dientes de pasador metálicos recubiertos de PEEK permite aprovechar el bajo coeficiente de fricción del PEEK para reducir la fricción y el desgaste en la superficie del diente, lo que posiblemente reduce la necesidad de lubricación o permite sistemas de lubricación más sencillos. Además, su propiedad elástica puede amortiguar el impacto del engrane, reduciendo así el ruido de funcionamiento.
Componentes de soporte y sellado: La tapa, el anillo de soporte y otros componentes estructurales del reductor están fabricados con PEEK, lo que reduce el peso de las piezas del núcleo que no forman parte de la transmisión y logra un aligeramiento general. Los sellos de PEEK, gracias a sus ventajas de resistencia a altas temperaturas y a la corrosión química, previenen fugas de aceite lubricante dentro del reductor y resisten la erosión en entornos externos hostiles. Son adecuados para aplicaciones subacuáticas, de alta temperatura y en otras situaciones especiales para robots.
Ventajas en comparación con los reductores de engranajes cónicos espirales de PEEK tradicionales
Excelente ligereza: La densidad del PEEK es de aproximadamente 1,32 g/cm³, mucho menor que la de los materiales metálicos comunes. El uso de PEEK en la fabricación de algunas piezas puede reducir significativamente el peso del reductor, disminuir la carga sobre las articulaciones del robot, mejorar la flexibilidad de movimiento y la eficiencia energética, lo cual es fundamental para robots humanoides que buscan altos grados de libertad y una batería de larga duración.
Control de ruido optimizado: debido a la cierta elasticidad y propiedad de autolubricación del PEEK, el reductor cicloidal de PEEK puede amortiguar eficazmente la vibración generada por el engrane del engranaje cónico espiral y la rueda de pasadores, reduciendo así el ruido y facilitando el uso de robots en escenarios como laboratorios y entornos médicos que son sensibles al ruido.
Mayor adaptabilidad ambiental: El PEEK posee una excelente resistencia química y un amplio rango de temperaturas de uso. En escenarios complejos donde los reductores metálicos tradicionales son propensos a fallar debido a altas temperaturas y riesgos de corrosión química, los reductores basados en componentes de PEEK pueden operar de forma estable durante más tiempo.
Principales escenarios de aplicación
Articulaciones de robots humanoides: La relación de reducción de una etapa del reductor de engranajes cónicos espirales de PEEK puede alcanzar 87, y la de dos etapas puede incluso superar los 3000. El reductor cicloidal de PEEK ofrece alta capacidad de carga y alta precisión. La versión ligera de PEEK es adecuada para articulaciones como la cintura, la cadera y las extremidades inferiores de robots humanoides que requieren fuerza y sensibilidad al peso. Según un estudio de Guoxin Securities, el uso del reductor correspondiente para las articulaciones de las extremidades inferiores puede reducir el peso en un 18 % y triplicar la precisión del control.
Robots especiales: cuando se utiliza en robots especiales, como la exploración aeroespacial y la investigación en aguas profundas, la característica liviana puede reducir los costos de transporte y energía, y la excelente tolerancia ambiental puede garantizar el funcionamiento confiable del reductor en condiciones complejas de temperatura y humedad y la presencia de sustancias químicas corrosivas.
