Harmonijski pogoni

Rotacijsko gibanje dolazi od ulazne osovine koja može biti na primjer os servo motora. Ovo je povezano s elementom koji se zove "generiranje valova" koji ima eliptični oblik i okružen je eliptičnim kugličnim ležajem. Kako se osovina okreće, rubovi mijenjaju položaj, tako da izgleda kao da stvara val kretanja. Ovaj je dio umetnut unutar savitljivog utora koji je izrađen od torzijski čvrstog, ali fleksibilnog materijala.

Materijal preuzima ovo valovito gibanje savijanjem u skladu s rotacijom ulazne osovine i također stvara eliptični oblik. Vanjski rub ovog savitljivog utora ima zube zupčanika koji su prikladni za prijenos velikih opterećenja bez ikakvih problema. Za prijenos ovih opterećenja, savitljivi klin je postavljen unutar kružnog klina koji je okrugli zupčanik s unutarnjim zubima.

Ovaj vanjski prsten je krut i njegov unutarnji promjer je neznatno veći od glavne osi elipse koju oblikuje flex spline. To znači da kružni klin ne poprima eliptični oblik druge dvije komponente, već umjesto toga jednostavno spaja svoje unutarnje zube s onima na vanjskoj strani savitljivog klina, što rezultira rotacijom savitljivog klina.

Brzina rotacije ovisi o rotaciji ulaznog vratila i razlici u broju zubaca između savitljivog i kružnog utora. Fleksibilni klin ima manje zubaca od kružnog klina, tako da se može okretati u znatno smanjenom omjeru iu suprotnom smjeru od onog ulaznog vratila. Omjer redukcije je dan kao: (broj zuba savitljivih klina – broj zuba kružnih klina) / broj zuba savitljivih klina.

Tako, na primjer, ako fleksibilni klin ima 100 zuba, a kružni klin ima 105, omjer smanjenja je (100 - 105) / 100=-0.05 što znači da je omjer fleksibilnog klina -5/100 (minus označava suprotan smjer vrtnje). Razlika u broju zubaca može se promijeniti kako bi se prilagodili različitim omjerima redukcije, a time i različitim posebnim potrebama i zahtjevima.

Postoje tri elementa u osnovnom harmoničnom pogonu: kružni spline, flexspline i generator valova. Kružni klin ima unutarnje zupce koji se spajaju s vanjskim zubima na fleksibilnom klinu. Fleksibilni klin ima manje zubaca i posljedično manji efektivni promjer od kružnog klina.

Generator valova eliptičnog je oblika i djeluje kao poveznica s dva valjka koji se okreću unutar fleksibilnog klina, uzrokujući njegovo postupno spajanje s kružnim klinom u dijametralno suprotnim točkama. Ako se generator valova (ulaz) okreće u smjeru kazaljke na satu dok je kružni utor fiksan, fleksibilni utor (izlaz) će se rotirati ili kotrljati unutar kružnog utora mnogo sporijom brzinom u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Omjer ulazne i izlazne brzine ovisi o razlici u broju zubaca u kružnom splineu i na flexsplineu. Omjeri brzine do čak 320 prema 1 mogu se proizvesti u jedno-redukcionim harmonijskim pogonima, koji su lakši, manji i učinkovitiji od konvencionalnih pogona s visokim-omjerom. Složeni pogoni mogu proizvesti omjere čak do 1.000.000 prema 1. Ili kružni spline, flexspline ili generator valova mogu biti fiksni dok druga dva elementa služe kao ulaz i izlaz.

Jedinstvena i korisna karakteristika Harmonic Drivea je njegova sposobnost prijenosa gibanja kroz zatvorene zidove. Zubi flexsplinea mogu se postaviti blizu središta dugačke, hermetički zatvorene fleksibilne cilindrične cijevi. Generator valova može biti unutar cijevi i svojom rotacijom može skrenuti savitljivu utičnicu i proizvesti sporu rotaciju kružne utičnice.

Rotirajuća-u-linearna verzija harmonijskog pogona koristi vijak i pomiče kontrolnu šipku u glavi nuklearnog reaktora bez mehaničkog kontakta kroz zatvorenu cijev. Sustavi harmonijskog pogona korisni su za povećanje izlaznog momenta u zupčanicima koji se koriste u glodanju, u proizvodnji i u strojevima koji koriste robotske ruke. Korišteni su u različitim primjenama, u rasponu od tako jeftinih-potrošačkih predmeta kao što su automati za prodaju do sofisticiranih sustava za vojnu i zrakoplovnu upotrebu.

Harmonični pogonski zupčanici naširoko se koriste u svemirskim primjenama, robotici i sustavima za precizno pozicioniranje zbog svojih atraktivnih svojstava uključujući gotovo-nula zazora, veliki omjer smanjenja brzine, kompaktnu veličinu i malu težinu. Posjeduju inherentnu periodičku pogrešku pozicioniranja poznatu kao kinematička pogreška koja je odgovorna za degradaciju performansi prijenosa.

Imati jasno razumijevanje mehanizama grešaka u kretanju i njihovu karakterizaciju. Izvještavamo o analitičkim i eksperimentalnim rezultatima pogrešaka gibanja koristeći namjensku studiju opreme za testiranje harmonijskog pogona. Prvo je pokazano da se pogreška nazvana kinematička pogreška zapravo sastoji od temeljne komponente, koja predstavlja "čistu" kinematičku pogrešku, obojenu drugom komponentom koja proizlazi iz inherentne torzijske fleksibilnosti harmoničkih pogonskih zupčanika.

Potonja komponenta objašnjava izvor varijabilnosti u objavljenim profilima kinematičkih pogrešaka. Dekompozicija kinematičke pogreške na osnovnu komponentu i komponentu povezanu s fleksibilnošću demonstrirana je eksperimentalno, kao i analitički uspoređivanjem matematičkog modela s eksperimentalnim podacima. Također karakteriziramo ovisnost kinematičke pogreške o inercijskom opterećenju, sklopu zupčanika i brzini vrtnje.