CácChất giảm cycloidal PEEKlà thiết bị giảm tốc bánh răng hình trụ cycloidal với thành phần truyền động cốt lõi là vật liệu composite PEEK. Thiết bị này kết hợp khả năng chịu tải cao của truyền động cycloidal với đặc tính nhẹ của vật liệu PEEK. Chi tiết về nguyên lý cấu trúc, ưu điểm vật liệu, thông số hiệu suất và các trường hợp ứng dụng được cung cấp như sau:
1. Nguyên lý cấu trúc
Bộ giảm tốc xycloit PEEK sử dụng cấu trúc truyền động bánh răng xycloit một cấp: bao gồm một trục đầu vào lệch tâm, hai bánh răng xycloit PEEK lệch pha 180°, vỏ bánh răng chốt thép và một cơ cấu truyền động đầu ra. Khi trục đầu vào quay, ống lót lệch tâm sẽ dẫn động bánh răng xycloit để thực hiện chuyển động hành tinh. Biên dạng răng bánh răng xycloit ăn khớp với răng chốt trên vỏ bánh răng chốt, truyền chuyển động và công suất qua trục đầu ra. Cải tiến cốt lõi nằm ở việc sử dụng công nghệ đúc phun PEEK gia cố 40% sợi carbon cho bánh răng xycloit và cấu trúc composite PEEK-kim loại cho chốt bánh răng chốt, giúp các bộ phận truyền động có trọng lượng nhẹ và khả năng tự bôi trơn.
2. Ưu điểm của vật liệu
Thiết kế nhẹ: Mật độ của bộ giảm tốc cycloidal PEEK chỉ là 1,45g/cm³, giảm trọng lượng từ 50%-60% so với bánh xe cycloidal bằng thép và giảm tổng trọng lượng hơn 35%, đặc biệt phù hợp với các khớp nối robot có yêu cầu tải trọng nhạy cảm;
Độ bền: Độ cứng bề mặt của vật liệu PEEK đạt độ cứng Rockwell R120, kết hợp với gia cường sợi carbon, độ mài mòn bề mặt răng chỉ bằng 1/5 so với thép. Có thể duy trì hoạt động lâu dài mà không cần bôi trơn trong điều kiện nhiệt độ cao;
Khả năng thích ứng nhiệt độ: Bộ giảm tốc cycloidal PEEK có thể hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng -50℃đến 200℃, với nhiệt độ biến dạng nhiệt lên tới 343℃, đáp ứng các yêu cầu của môi trường công nghiệp nhiệt độ cao.
3. Thông số hiệu suất cốt lõi
Tỷ lệ giảm: 8:1 đến 100:1 (một giai đoạn), hỗ trợ kết nối nối tiếp hai giai đoạn để đạt được tỷ lệ giảm cao hơn
Mô-men xoắn định mức: 10 đến 200N・m (các mẫu tương ứng BX-25 đến BX-100)
Độ chính xác truyền: Khoảng cách trả về≤3 phút cung, hiệu suất truyền tải > 95% (trong điều kiện định mức)
Chỉ số tuổi thọ: Tuổi thọ chịu mỏi dưới tải trọng định mức > 8000 giờ, khả năng chịu tải va đập gấp 3 lần mô-men xoắn định mức
4. Các tình huống ứng dụng điển hình
Khớp robot hình người: Có thể tương thích với động cơ từ 50W đến 5kW. Với cấu trúc trục composite bên trong và bên ngoài, trọng lượng giảm 33%, mật độ mô-men xoắn tăng 50%, phù hợp với các chuyển động phức tạp như khớp ngón tay và khớp gối đòi hỏi cả sức mạnh và sự linh hoạt.
Linh kiện phụ trợ rô-bốt công nghiệp: Đối với các khớp cổ tay tải nhẹ của rô-bốt công nghiệp hoặc các mô-đun thực hiện bổ sung cần khởi động-dừng thường xuyên và quay linh hoạt, sử dụng bộ giảm tốc cycloidal PEEK có thể giảm trọng lượng của các bộ phận truyền động không lõi và giảm thời gian ngừng hoạt động để bảo trì nhờ khả năng chống mỏi.
V. Ứng dụng vật liệu cho các thành phần chính
Bánh răng côn xoắn: Bánh răng côn xoắn là bộ phận truyền động cốt lõi của bộ giảm tốc bánh răng côn xoắn PEEK. Sử dụng PEEK hoặc PEEK gia cường sợi carbon để chế tạo bánh răng côn xoắn có thể giảm đáng kể trọng lượng mà vẫn duy trì độ chính xác truyền động. Theo thông tin công khai, bộ giảm tốc bánh răng côn xoắn siêu nhẹ PEEK do Komei Innovation giới thiệu có bánh răng côn xoắn, nhờ cải tiến vật liệu, khả năng chống va đập của bộ giảm tốc tăng 200% ở trọng lượng 1,62 kg, đáp ứng yêu cầu tải trọng cao của robot hình người. Đồng thời, khả năng chống mỏi của PEEK giúp kéo dài tuổi thọ của bánh răng côn xoắn trong điều kiện tải trọng thay đổi và tần số cao.
Răng chốt: Răng chốt tiếp xúc trực tiếp với bề mặt răng của bánh răng côn xoắn và cần khả năng chống mài mòn tốt. Sử dụng răng chốt bằng vật liệu composite PEEK hoặc răng chốt kim loại phủ PEEK có thể tận dụng hệ số ma sát thấp của PEEK để giảm ma sát và mài mòn trên bề mặt răng, có thể giảm sự phụ thuộc vào bôi trơn hoặc cho phép áp dụng các phương án bôi trơn đơn giản hơn. Ngoài ra, tính đàn hồi của nó có thể giảm thiểu tác động của ăn khớp, giảm tiếng ồn khi vận hành.
Linh kiện hỗ trợ và bịt kín: Nắp đầu, vòng đỡ và các thành phần kết cấu khác của bộ giảm tốc được làm bằng vật liệu PEEK, giúp giảm trọng lượng của các bộ phận lõi không truyền động và đạt được trọng lượng tổng thể nhẹ hơn. Phớt làm bằng PEEK, với ưu điểm chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn hóa học, có thể ngăn ngừa rò rỉ dầu bôi trơn bên trong bộ giảm tốc và chống lại sự ăn mòn của môi trường khắc nghiệt bên ngoài, thích hợp cho các ứng dụng robot dưới nước, nhiệt độ cao và các tình huống đặc biệt khác.
Ưu điểm so với bộ giảm tốc bánh răng côn xoắn PEEK truyền thống
Hiệu suất nhẹ vượt trội: Mật độ của PEEK xấp xỉ 1,32 g/cm³, thấp hơn nhiều so với các vật liệu kim loại thông thường. Việc sử dụng PEEK để chế tạo một số bộ phận có thể giảm đáng kể trọng lượng của bộ giảm tốc, giảm tải cho các khớp nối của robot, cải thiện tính linh hoạt trong chuyển động và hiệu quả sử dụng năng lượng, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với robot hình người theo đuổi mức độ tự do cao và tuổi thọ pin dài.
Kiểm soát tiếng ồn được tối ưu hóa: Do tính đàn hồi và khả năng tự bôi trơn nhất định của PEEK, bộ giảm tốc cycloid PEEK có thể đệm hiệu quả rung động do sự ăn khớp của bánh răng côn xoắn và bánh răng chốt, do đó giảm tiếng ồn và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng robot trong các tình huống như phòng thí nghiệm và môi trường y tế nhạy cảm với tiếng ồn.
Khả năng thích ứng môi trường được cải thiện: PEEK có khả năng chống hóa chất tuyệt vời và hiệu suất sử dụng trong phạm vi nhiệt độ rộng. Trong các tình huống phức tạp, nơi các bộ giảm tốc kim loại truyền thống dễ bị hỏng do nhiệt độ cao và nguy cơ ăn mòn hóa học, các bộ giảm tốc dựa trên các thành phần PEEK có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài hơn.
Các kịch bản ứng dụng chính
Khớp robot hình người: Tỷ số giảm tốc một cấp của bộ giảm tốc bánh răng côn xoắn PEEK có thể đạt tới 87, và bộ giảm tốc hai cấp thậm chí có thể vượt quá 3000. Bộ giảm tốc cycloid PEEK có đặc tính chịu tải cao và độ chính xác cao. Phiên bản PEEK nhẹ phù hợp với các khớp như eo, hông và chi dưới của robot hình người đòi hỏi cả sức mạnh và độ nhạy trọng lượng. Theo nghiên cứu của Guoxin Securities, việc sử dụng bộ giảm tốc tương ứng cho các khớp chi dưới có thể giảm trọng lượng 18% và cải thiện độ chính xác điều khiển khoảng 3 lần.
Robot đặc biệt: Khi được sử dụng trong các robot đặc biệt như thám hiểm hàng không vũ trụ và nghiên cứu biển sâu, tính năng nhẹ có thể giảm chi phí vận chuyển và điện năng, và khả năng chịu đựng môi trường tuyệt vời có thể đảm bảo bộ giảm tốc hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm phức tạp cũng như sự hiện diện của các chất ăn mòn hóa học.
