SPÄHENOberschwingungsdämpfersind innovative Präzisionsgetriebe, die Polyetheretherketon (PEEK)-Verbundwerkstoffe für die Struktur des Harmonic Drive verwenden und so die hohen Untersetzungseigenschaften herkömmlicher Harmonic-Reducer mit den Leichtbauvorteilen von PEEK-Materialien kombinieren. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Einführung aus vier Dimensionen: Strukturmerkmale, Materialinnovation, Leistungsparameter und Anwendungsfelder:
I. Strukturelle Merkmale
SPÄHENHarmonic Reducer verwenden die klassische Harmonic-Drive-Struktur mit Wellengenerator, flexiblem Zahnrad und starrem Zahnrad. Die Kerninnovation von Harmonic Reducern liegt in der Verwendung von 50 % langglasfaserverstärktem PEEK für den einteiligen Spritzguss des flexiblen Zahnrads. Der innere Zahnkranz des starren Zahnrads besteht aus einer PEEK-Metall-Einsatzstruktur (Stahlbasis + PEEK-Zahnoberfläche). Der Außenring des Wellengeneratorlagers ist mit einem selbstschmierenden PEEK-Käfig ausgestattet, wodurch die Abhängigkeit von Schmierfett bei herkömmlichen Harmonic Reducern entfällt. Die Gesamtstruktur wurde durch Topologieoptimierung entwickelt, wobei die Wandstärkentoleranz des flexiblen Zahnrads auf ±0,01 mm begrenzt ist, um eine gleichmäßige elastische Verformung während des Eingriffs zu gewährleisten.
II. Materialinnovation
Durchbruch beim Leichtgewicht: Die Dichte des flexiblen PEEK-Zahnrads beträgt nur 1,5 g/cm³, wodurch das Gewicht im Vergleich zu einem flexiblen Stahlzahnrad um 60 % reduziert und das Trägheitsmoment um 45 % gesenkt wird, wodurch die dynamische Reaktionsgeschwindigkeit von Robotergelenken deutlich verbessert wird.
Ermüdungsbeständigkeit: Durch die Optimierung der Faserausrichtung erreicht die Biegeermüdungslebensdauer des flexiblen PEEK-Zahnrads 10⁸ Zyklen (unter Nennlast) und nähert sich damit 85 % des Stahlniveaus.
Reibungsoptimierung: Der Reibungskoeffizient der PEEK-Zahnoberfläche beträgt nur 0,05 (Trockenreibungsbedingung) und ermöglicht in Kombination mit der PTFE-Beschichtung auf der starren Zahnradoberfläche einen geräuscharmen Betrieb ohne Öl (Lärm≤55dB).
III. Kernleistungsparameter
Untersetzungsbereich: 50:1 bis 320:1 (einstufiges Getriebe), unterstützt mehrstufige Reihenschaltung, um ein ultrahohes Untersetzungsverhältnis von 10.000:1 zu erreichen
Nenndrehmoment: 3 bis 50 N・m (entsprechende Modelle HX-14 bis HX-50), Spitzendrehmoment kann das Doppelte des Nennwerts erreichen
Genauigkeitsindikatoren: Spiel≤1 Minute, Übertragungsfehler≤30 Bogensekunden, Torsionssteifigkeit≥20 N・m/rad
Umweltanpassungsfähigkeit: Betriebstemperatur -40℃bis 180℃, kompatibel mit Vakuumumgebungen (kann stabil bei 10⁻⁶Also)
IV. Typische Anwendungsgebiete
Kollaborative Roboter: Handgelenke von Endeffektoren, wie die sechste Achse des UR5e-Roboters, ermöglichen leichtes und hochpräzises Greifen
Medizinische Geräte: Kleine Bewegungsgelenke von chirurgischen Roboterarmen (wie dem Da Vinci Xi), die die Einhaltung aseptischer Umgebungen und geringer elektromagnetischer Störungen erfordern
Luft- und Raumfahrt: Lageregelungsmechanismen für Satelliten, mechanische Arme für Drohnen, Nutzung der Vakuumanpassungsfähigkeit und des geringen Gewichts zur Reduzierung der Startkosten.
PEEK-Schwingungsdämpfer: Durch die Verwendung von kohlenstofffaserverstärktem PEEK (CF/PEEK) zur Herstellung von Schwingungsdämpfern kann die Verformungsspannung auf nur 1/7 der Stahlspannung reduziert, die Dämpfungseigenschaften verbessert und das Resonanzrisiko verringert werden. Die Anzahl der Kontaktzähne zwischen dem flexiblen und dem starren Zahnrad kann um 47 % erhöht werden, wodurch die Lebensdauer deutlich verlängert wird. Die Zyklenzahl steigt von 29.000 bei flexiblen Metallzahnrädern auf 564.000.
PEEK-Harmonische Reduzierer: CF/PEEK bietet überlegene Leistung
Neben Vorteilen wie spezifischer Festigkeit und Verschleißfestigkeit bieten sie gegenüber metallischen KurzzylindernPEEK-Harmonische Reduzierstücke, PEEK-Harmonische Reduzierstücke aus CF/PEEK haben folgende Eigenschaften:①geringere Verformungsspannung,②bessere Dämpfungseigenschaften, wodurch die Möglichkeit von Resonanzen effektiv reduziert wird,③Erhöhte Anzahl von Kontaktzähnen und Eingriffsbereich zwischen dem flexiblen Zahnrad und den starren Zahnrädern, wodurch die Tragfähigkeit und Schlagfestigkeit des PEEK-Oberwellenreduzierers verbessert wird.④überlegene Ermüdungslebensdauer usw.
(1) Im Vergleich zu kurzzylindrischen Harmonischen-Untersetzungsgetrieben auf Metallbasis beträgt die Verformungsspannung von PEEK-basierten Verbundwerkstoffen unter gleicher Belastung nur 1/7 der von Stahl. Daher können bei kleinerer axialer Abmessung ein größerer Zahnradmodul und ein größerer radialer Verformungskoeffizient für die Konstruktionsstruktur gewählt werden, was eine größere Gestaltungsfreiheit bietet.
(2) Die Eigenfrequenzen des gesamten Oberschwingungsdämpfers aus PEEK-basiertem Verbundmaterial sind 40–45 % höher als die von Oberschwingungsdämpfern auf Metallbasis. Dies weist darauf hin, dass Oberschwingungsdämpfer aus PEEK-basiertem Verbundmaterial bessere Dämpfungseigenschaften aufweisen und die Möglichkeit einer Resonanz wirksam verringern können.
(3) Unter Nennbetriebsbedingungen mit einer Last von 20 Nm und einer Drehzahl von 2000 rad/min erhöht sich die Anzahl der ineinandergreifenden Zähne im Oberwellengetriebe aus PEEK-Verbundwerkstoff auf 52 Paare, was einer Steigerung von 47 % gegenüber Metall entspricht. Durch die Erhöhung der Anzahl der Kontaktzähne und der Eingriffsfläche zwischen dem flexiblen und dem starren Zahnrad vergrößert sich die Eingriffsfläche des Zahnradpaars, und der Kontaktdruck wird auf mehr Zahnflächen verteilt, was die Tragfähigkeit und Stoßfestigkeit des PEEK-Oberwellengetriebes verbessert.
(4) Bei gleicher Struktur weisen CF/PEEK-Kurzzylinder-Schwinggetriebe eine höhere Lebensdauer auf. Herkömmliche Metall-Schwinggetriebe unterliegen übermäßiger Verformungsspannung, und die flexiblen Zahnräder versagen statisch, wenn die Zyklenzahl 29.000 erreicht. Das flexible Zahnrad aus PEEK-Verbundwerkstoffen erreicht voraussichtlich eine Zyklenzahl von 564.000 und eine Lebensdauer von 939,5 Stunden.
