NHÌNbộ giảm sóng hàilà thiết bị giảm chính xác tiên tiến ứng dụng vật liệu composite polyetheretherketone (PEEK) vào cấu trúc truyền động sóng hài, kết hợp đặc tính tỷ lệ giảm cao của bộ giảm sóng hài truyền thống với ưu điểm nhẹ của vật liệu PEEK. Sau đây là phần giới thiệu chi tiết từ bốn khía cạnh: đặc điểm cấu trúc, cải tiến vật liệu, thông số hiệu suất và lĩnh vực ứng dụng:
I. Đặc điểm cấu trúc
NHÌNBộ giảm tốc hài hòa áp dụng cấu trúc truyền động hài hòa cổ điển của máy phát sóng - bánh răng mềm - bánh răng cứng. Cải tiến cốt lõi của bộ giảm tốc hài hòa nằm ở việc sử dụng 50% sợi thủy tinh gia cường PEEK cho quá trình đúc phun liền khối của bánh răng mềm, và vành răng bên trong của bánh răng cứng là cấu trúc chèn kim loại PEEK (đế thép + bề mặt răng PEEK). Vành ngoài của ổ trục máy phát sóng được tích hợp với lồng tự bôi trơn PEEK, loại bỏ sự phụ thuộc vào mỡ bôi trơn trong các bộ giảm tốc hài hòa truyền thống. Cấu trúc tổng thể được thiết kế thông qua tối ưu hóa cấu trúc liên kết, với dung sai độ dày thành của bánh răng mềm được kiểm soát trong phạm vi ±0,01mm để đảm bảo biến dạng đàn hồi đồng đều trong quá trình ăn khớp.
II. Đổi mới vật liệu
Đột phá về trọng lượng nhẹ: Mật độ của bánh răng mềm PEEK chỉ là 1,5g/cm³, giảm 60% trọng lượng so với bánh răng mềm bằng thép và giảm 45% mômen quán tính, tăng cường đáng kể tốc độ phản ứng động của khớp robot.
Khả năng chống mỏi: Thông qua việc tối ưu hóa định hướng sợi, tuổi thọ chịu mỏi khi uốn của bánh răng mềm PEEK đạt tới 10⁸ chu kỳ (dưới tải trọng định mức), đạt tới 85% mức thép.
Tối ưu hóa ma sát: Hệ số ma sát của bề mặt răng PEEK thấp tới 0,05 (điều kiện ma sát khô) và khi kết hợp với lớp phủ PTFE trên bề mặt răng bánh răng cứng, nó cho phép hoạt động êm ái mà không cần dầu (tiếng ồn)≤55dB).
III. Các thông số hiệu suất cốt lõi
Phạm vi tỷ số giảm: 50:1 đến 320:1 (truyền động một cấp), hỗ trợ kết nối nối tiếp nhiều cấp để đạt tỷ số giảm cực cao là 10.000:1
Mô-men xoắn định mức: 3 đến 50 N・m (các mẫu tương ứng HX-14 đến HX-50), mô-men xoắn cực đại có thể đạt gấp đôi giá trị định mức
Chỉ số độ chính xác: Phản ứng dữ dội≤1 phút, lỗi truyền tải≤30 giây cung, độ cứng xoắn≥20 Bắc・m/rad
Khả năng thích ứng với môi trường: Nhiệt độ hoạt động -40℃đến 180℃, tương thích với môi trường chân không (có thể hoạt động ổn định ở 10⁻⁶Tốt)
IV. Các lĩnh vực ứng dụng điển hình
Robot cộng tác: Khớp cổ tay của các bộ phận cuối, chẳng hạn như trục thứ sáu của robot UR5e, đạt được khả năng cầm nắm nhẹ và có độ chính xác cao
Thiết bị y tế: Các khớp chuyển động nhỏ của cánh tay robot phẫu thuật (như Da Vinci Xi), yêu cầu tuân thủ môi trường vô trùng và nhiễu điện từ thấp
Hàng không vũ trụ: Cơ chế kiểm soát tư thế vệ tinh, cánh tay cơ khí của máy bay không người lái, tận dụng khả năng thích ứng với môi trường chân không và đặc tính nhẹ để giảm chi phí phóng.
Bộ giảm chấn sóng hài PEEK: Việc sử dụng PEEK gia cường sợi carbon (CF/PEEK) để chế tạo bộ giảm chấn sóng hài có thể giảm ứng suất biến dạng xuống chỉ còn 1/7 so với thép, cải thiện đặc tính giảm chấn và giảm nguy cơ cộng hưởng. Số răng tiếp xúc giữa bánh răng mềm và bánh răng cứng có thể tăng 47%, kéo dài đáng kể tuổi thọ chịu mỏi, với số chu kỳ tăng từ 29.000 lần đối với bánh răng mềm kim loại lên 564.000 lần.
Bộ giảm sóng hài PEEK: CF/PEEK mang lại hiệu suất vượt trội
Ngoài những ưu điểm như độ bền riêng và khả năng chống mài mòn, so với xi lanh ngắn làm từ kim loạiBộ giảm sóng hài PEEKBộ giảm sóng hài PEEK được làm từ CF/PEEK có các đặc điểm sau:①ứng suất biến dạng thấp hơn,②đặc tính giảm chấn tốt hơn, giảm hiệu quả khả năng cộng hưởng,③tăng số lượng răng tiếp xúc và diện tích ăn khớp giữa bánh răng mềm và bánh răng cứng, tăng khả năng chịu tải và chống va đập của bộ giảm chấn điều hòa PEEK,④tuổi thọ chịu mỏi vượt trội, v.v.
(1) So với bộ giảm tốc điều hòa xy lanh ngắn gốc kim loại, dưới cùng tải trọng, ứng suất biến dạng của vật liệu composite gốc PEEK chỉ bằng 1/7 so với thép. Do đó, với kích thước trục nhỏ hơn, có thể lựa chọn mô đun bánh răng và hệ số biến dạng hướng kính lớn hơn cho kết cấu thiết kế, mang lại khả năng tự do thiết kế lớn hơn.
(2) Tần số tự nhiên của toàn bộ bộ giảm sóng hài vật liệu composite nền PEEK cao hơn 40-45% so với bộ giảm sóng hài nền kim loại, cho thấy bộ giảm sóng hài vật liệu composite nền PEEK nền PEEK có đặc tính giảm chấn tốt hơn và có thể giảm hiệu quả khả năng cộng hưởng.
(3) Trong điều kiện vận hành định mức với tải trọng 20 N·m và tốc độ 2000 rad/phút, số lượng răng ăn khớp trong bộ giảm tốc sóng hài bằng vật liệu composite PEEK tăng lên, đạt 52 cặp, tăng 47% so với kim loại. Việc tăng số lượng răng tiếp xúc và diện tích ăn khớp giữa bánh răng mềm và bánh răng cứng làm tăng diện tích ăn khớp của cặp bánh răng, và áp suất tiếp xúc được phân bổ trên nhiều bề mặt răng bánh răng hơn, nâng cao khả năng chịu tải và chống va đập của bộ giảm tốc sóng hài bằng vật liệu composite PEEK.
(4) Với cùng cấu trúc, bộ giảm tốc điều hòa xi lanh ngắn CF/PEEK có tuổi thọ mỏi tốt hơn. Bộ giảm tốc điều hòa kim loại truyền thống có ứng suất biến dạng quá mức, và răng bánh răng mềm bị hỏng tĩnh khi số chu kỳ đạt 29.000 lần. Bánh răng mềm làm bằng vật liệu composite PEEK dự kiến có số chu kỳ là 564.000 lần và tuổi thọ mỏi là 939,5 giờ.
