Progettazione del prodotto di riduttori armonici

Un riduttore a trasmissione armonica è costituito principalmente da tre componenti principali: un generatore di onde, un flexspline e una spline circolare. Il generatore d'onde è tipicamente montato sull'albero di ingresso; è un componente ellittico dotato di un cuscinetto a sfere a sezione sottile-incastonato nell'anello esterno. Il flexspline è montato sull'albero di uscita; è un componente metallico flessibile con una struttura a forma di tazza-a pareti sottili-, caratterizzata da denti di ingranaggio esterni tagliati nel bordo esterno della sua estremità aperta. La spline circolare è generalmente fissa in posizione; è un componente anulare rigido con denti di ingranaggio interni tagliati nella sua circonferenza interna-denti che hanno le stesse dimensioni di quelli del flexspline, ma due in numero maggiore.

Il principio di funzionamento è il seguente: la rotazione del generatore d'onde induce una deformazione elastica periodica e controllabile nel flexspline, facendogli assumere una forma ellittica. L'asse maggiore di questa ellisse si innesta nei denti della spline circolare, mentre l'asse minore rimane completamente disimpegnato. Quando la spline circolare viene mantenuta stazionaria e il generatore di onde viene ruotato in una direzione specifica, la deformazione elastica del flexspline fa sì che i punti di impegno con i denti della spline circolare si spostino in sequenza. Poiché il flexspline possiede meno denti della spline circolare (tipicamente due in meno), per ogni rotazione completa del generatore di onde, il flexspline avanza di una distanza equivalente a due denti nella direzione opposta alla rotazione del generatore di onde, ottenendo così un elevato rapporto di riduzione.

Le sue caratteristiche di trasmissione includono: un'ampia gamma di rapporti di riduzione (50–300 in un unico stadio e potenzialmente raggiungendo 30.000–60.000); un numero elevato di denti innestati contemporaneamente (circa il 30%), con conseguente elevata capacità di carico-e un'elevata precisione di trasmissione; movimento fluido con bassi livelli di rumore; e la capacità di ottenere un impegno a reazione zero-. Inoltre presenta una struttura compatta; per una coppia di uscita equivalente, il suo volume può essere ridotto di due-terzi e il suo peso della metà.

La progettazione e la produzione di riduttori a trasmissione armonica presentano diverse sfide, tra cui requisiti rigorosi per la precisione della lavorazione, la garanzia della durata a fatica del flexspline e il controllo degli errori di trasmissione e del gioco. Le innovazioni tecnologiche in questo campo ruotano principalmente attorno ai profili dei denti degli ingranaggi, ai materiali e ai progetti strutturali. Ad esempio, la società giapponese Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) ha sviluppato profili di denti a doppio arco-circolare- (come il profilo "IH") e denti di "tipo P-" per migliorare la qualità dell'innesto e migliorare la capacità di carico-e la rigidità torsionale. Allo stesso modo, Suzhou Leader Harmonic Drive ha sviluppato in modo indipendente una struttura del "dente di tipo P-" completamente nuova e, sulla base della ricerca sulle effettive dinamiche di impegno del flexspline, ha stabilito una nuova teoria dell'ingranamento degli ingranaggi. Nella progettazione del flexspline viene utilizzato un acciaio specializzato con elevata resistenza alla fatica e le prestazioni vengono ulteriormente migliorate attraverso l'ottimizzazione dello spessore delle pareti e dei processi di formatura. Il componente principale del generatore di onde è il cuscinetto flessibile, le cui prestazioni a fatica sono ottimizzate attraverso un'attenta selezione dei materiali, perfezionamenti strutturali e trattamenti superficiali.

Per soddisfare i diversi requisiti applicativi, i riduttori armonici si sono evoluti in una varietà di configurazioni strutturali. I modelli integrati comuni (come la serie LCS-I) presentano una struttura cilindrica standard con un flexspline a forma di tazza-; queste unità incorporano un cuscinetto a rulli incrociati-integrato e sono caratterizzate da una scanalatura rigida stazionaria e da un'uscita flexspline rotante. Per soddisfare diversi vincoli spaziali e requisiti di carico, sono disponibili altre varianti, inclusi modelli ultra-sottili (ad esempio, la serie SHD, con una riduzione della lunghezza assiale di circa il 50%), modelli ad albero cavo-(ad esempio, la serie CPL) e versioni ad alto-carico dotate di cuscinetti esterni (ad esempio, la serie CSG-2UH). Il portafoglio di prodotti spazia in un'ampia gamma di dimensioni-da unità in miniatura a grandi-scala e offre un ampio spettro di rapporti di riduzione.