OJEADAreductores armónicosSon innovadores dispositivos de reducción de precisión que aplican materiales compuestos de polieteretercetona (PEEK) a la estructura de transmisión armónica, combinando las características de alta relación de reducción de los reductores armónicos tradicionales con las ventajas de ligereza de los materiales PEEK. A continuación, se presenta una introducción detallada desde cuatro dimensiones: características estructurales, innovación de materiales, parámetros de rendimiento y campos de aplicación.
I. Características estructurales
OJEADALos reductores armónicos adoptan la clásica estructura de accionamiento armónico: generador de olas, engranaje flexible y engranaje rígido. Su principal innovación reside en el uso de PEEK reforzado con un 50 % de fibra de vidrio larga para el moldeo por inyección de una sola pieza del engranaje flexible. El anillo interior del engranaje rígido es una estructura de inserto de PEEK-metal (base de acero + superficie dentada de PEEK). El anillo exterior del rodamiento del generador de olas está integrado con una jaula autolubricante de PEEK, lo que elimina la dependencia de la grasa en los reductores armónicos tradicionales. La estructura general se diseñó mediante optimización topológica, con una tolerancia de espesor de pared del engranaje flexible controlada dentro de ±0,01 mm para garantizar una deformación elástica constante durante el engrane.
II. Innovación material
Avance ligero: la densidad del engranaje flexible de PEEK es de solo 1,5 g/cm³, lo que reduce el peso en un 60 % en comparación con un engranaje flexible de acero y disminuye el momento de inercia en un 45 %, mejorando significativamente la velocidad de respuesta dinámica de las articulaciones del robot.
Resistencia a la fatiga: a través de la optimización de la orientación de la fibra, la vida útil por fatiga por flexión del engranaje flexible PEEK alcanza los 10⁸ ciclos (bajo carga nominal), acercándose al 85% del nivel del acero.
Optimización de la fricción: el coeficiente de fricción de la superficie del diente de PEEK es tan bajo como 0,05 (condición de fricción seca) y, cuando se combina con el revestimiento de PTFE en la superficie rígida del diente del engranaje, permite un funcionamiento silencioso sin aceite (ruido).≤55dB).
III. Parámetros básicos de rendimiento
Rango de relación de reducción: 50:1 a 320:1 (transmisión de una sola etapa), compatible con conexión en serie de múltiples etapas para lograr una relación de reducción ultra alta de 10 000:1
Par nominal: 3 a 50 N・m (modelos correspondientes HX-14 a HX-50), el par máximo puede alcanzar el doble del valor nominal
Indicadores de precisión: Reacción≤1 minuto, error de transmisión≤30 segundos de arco, rigidez torsional≥20 N・m/rad
Adaptabilidad ambiental: Temperatura de funcionamiento -40°Chasta 180°C, compatible con entornos de vacío (puede funcionar de forma estable a 10⁻⁶Bien)
IV. Campos de aplicación típicos
Robots colaborativos: Articulaciones de muñeca de efectores finales, como el sexto eje del robot UR5e, logrando un agarre ligero y de alta precisión
Equipos médicos: Pequeñas articulaciones de movimiento de brazos robóticos quirúrgicos (como el Da Vinci Xi), que requieren el cumplimiento de entornos asépticos y baja interferencia electromagnética.
Aeroespacial: Mecanismos de control de actitud de satélites, brazos mecánicos para drones, aprovechando su adaptabilidad al vacío y sus características ligeras para reducir los costes de lanzamiento.
Reductores armónicos de PEEK: El uso de PEEK reforzado con fibra de carbono (CF/PEEK) para la fabricación de reductores armónicos permite reducir la tensión de deformación a tan solo 1/7 de la del acero, mejorar las características de amortiguación y reducir el riesgo de resonancia. El número de dientes de contacto entre el engranaje flexible y el engranaje rígido puede incrementarse en un 47 %, lo que prolonga significativamente la vida útil a la fatiga, con un aumento del número de ciclos de 29 000 a 564 000 ciclos en engranajes flexibles metálicos.
Reductores armónicos PEEK: CF/PEEK ofrece un rendimiento superior
Además de ventajas como la resistencia específica y la resistencia al desgaste, en comparación con los cilindros cortos basados en metal,Reductores armónicos PEEKLos reductores armónicos PEEK fabricados en CF/PEEK tienen las siguientes características:①menor tensión de deformación,②mejores características de amortiguación, reduciendo efectivamente la posibilidad de resonancia,③mayor número de dientes de contacto y área de engrane entre el engranaje flexible y los dientes del engranaje rígido, mejorando la capacidad de carga y la resistencia al impacto del reductor armónico PEEK,④Mayor vida útil por fatiga, etc.
(1) En comparación con los reductores armónicos de cilindro corto basados en metal, bajo la misma carga, la tensión de deformación de los materiales compuestos basados en PEEK es solo 1/7 de la del acero. Por lo tanto, con una dimensión axial menor, se puede seleccionar un módulo de engranaje y un coeficiente de deformación radial mayores para la estructura de diseño, lo que proporciona mayor libertad de diseño.
(2) Las frecuencias naturales de todo el reductor armónico de material compuesto basado en PEEK son entre un 40 y un 45 % más altas que las de los de metal, lo que indica que los reductores armónicos de material compuesto basado en PEEK tienen mejores características de amortiguación y pueden reducir eficazmente la posibilidad de resonancia.
(3) Bajo las condiciones nominales de funcionamiento con una carga de 20 N·m y una velocidad de 2000 rad/min, el número de dientes engranados en el reductor armónico de material compuesto de PEEK aumenta hasta alcanzar 52 pares, un 47 % más que en el metal. El aumento del número de dientes de contacto y del área de engrane entre el engranaje flexible y el engranaje rígido amplía el área de engrane del par de engranajes, y la presión de contacto se distribuye entre más superficies dentadas, lo que mejora la capacidad de carga y la resistencia al impacto del reductor armónico de PEEK.
(4) Con la misma estructura, los reductores armónicos de cilindro corto de CF/PEEK presentan una mejor resistencia a la fatiga. Los reductores armónicos metálicos tradicionales presentan una tensión de deformación excesiva, y los dientes del engranaje flexible sufren una falla estática al alcanzar los 29 000 ciclos. Se espera que el engranaje flexible fabricado con materiales compuestos de PEEK alcance 564 000 ciclos y una resistencia a la fatiga de 939,5 horas.
