Die Vor- und Nachteile des Harmonic Drive

Wenn es um den harmonischen Antrieb geht, wissen diejenigen, die damit vertraut sind, dass er im Vergleich zu anderen Untersetzungsgetrieben Vorteile wie hohe Präzision, hohes Drehmoment, hohe Steifigkeit und hohe Übertragungseffizienz bietet. Sie wissen nicht, dass das Funktionsprinzip neben diesen Vorteilen auch viele Mängel aufweist. Die Vor- und Nachteile davon wurden bereits in einem frühen Stadium von Branchenexperten und Wissenschaftlern überprüft. Der wissenschaftliche Charakter des harmonischen Getriebeprinzips übertrifft jedoch andere Untersetzungsprodukte.

Im Folgenden erläutert der FUBAO-Redakteur nacheinander die Vor- und Nachteile, Kompositionsprinzipien, Anwendungen usw. des harmonischen Antriebs.

I. Zusammensetzungsprinzip des harmonischen Antriebs:

Der harmonische Antrieb besteht aus drei Kernkomponenten: dem starren Rad, dem flexiblen Rad und dem Wellengenerator. Das Harmonic-Drive-Untersetzungsgetriebe ist ein neuartiger Untersetzungsgetriebetyp, der auf dem Prinzip des Planetengetriebes basiert.

II. Vorteile des Harmonic Drive:

(1) Großes Übersetzungsverhältnis

Der Übersetzungsverhältnisbereich eines einstufigen Harmonic-Getriebes liegt zwischen 70 und 320, bei einigen Geräten sogar bei 1000. Das Übersetzungsverhältnis eines mehrstufigen Getriebes kann mehr als 30.000 erreichen. Es kann nicht nur zum Abbremsen, sondern auch zum Beschleunigen eingesetzt werden.

(2) Hohe Tragfähigkeit

Dies liegt daran, dass beim harmonischen Zahnradgetriebe eine große Anzahl von Zähnen gleichzeitig im Eingriff sind. Bei einem Doppelwellengetriebe kann die Anzahl der gleichzeitig im Eingriff befindlichen Zähne mehr als 30 % der Gesamtzähnezahl erreichen. Darüber hinaus besteht das flexible Rad aus hochfestem Material und es besteht Flächenkontakt zwischen den Radzähnen.

(3) Hohe Übertragungsgenauigkeit

Dies liegt daran, dass bei einem harmonischen Zahnradgetriebe mehrere Zähne gleichzeitig ineinandergreifen und Fehler gemittelt werden. Dadurch wird eine hohe Übertragungsgenauigkeit erreicht. Bei gleicher Ganggenauigkeit beträgt der Übertragungsfehler nur etwa 1/4 des normalen Stirnradgetriebes. Gleichzeitig kann der Radius des Wellengenerators leicht verändert werden, um die Verformung des flexiblen Rades zu erhöhen, wodurch das Spiel sehr klein wird und sogar ein spielfreies Einrücken erreicht wird. Daher ist der Getriebespielbereich des harmonischen Untersetzungsgetriebes klein und für die Rückwärtsdrehung geeignet.

(4) Hohe Übertragungseffizienz, reibungsloser Betrieb

Da sich die flexiblen Radzähne während des Übertragungsvorgangs radial mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ist die relative Gleitgeschwindigkeit der Zähne auch bei sehr hoher Eingangsgeschwindigkeit immer noch sehr niedrig (nur etwa - % der Geschwindigkeit eines gewöhnlichen Evolventengetriebes). Dies führt zu geringem Zahnverschleiß und hohem Wirkungsgrad (bis zu 69 % bis 96 %). Da beide Seiten der Zahnräder am Eingriff beteiligt sind, kommt es beim Einrücken nicht zu Stößen, was zu einem reibungslosen Betrieb führt.

(5) Einfache Struktur, wenige Komponenten, einfache Installation

Es gibt nur drei Grundkomponenten und die Eingangs- und Ausgangswellen sind koaxial, wodurch die Struktur einfach und leicht zu installieren ist.

(6) Kleine Größe, geringes Gewicht

Im Vergleich zu herkömmlichen Untersetzungsgetrieben kann das Volumen des harmonischen Antriebs um 2/3 reduziert werden, während das Gewicht bei gleichem Ausgangsdrehmoment um die Hälfte reduziert wird.

(7) Kann Bewegung auf engstem Raum übertragen

Durch die Nutzung der flexiblen Eigenschaften des flexiblen Rades wird dieser wertvolle Vorteil des Radantriebs von anderen vorhandenen Antrieben nicht erreicht.

Nachteile des Harmonic Drive:

• 1) Das flexible Rad erfährt periodische Verformungen, die zu wechselnden Belastungen führen und es anfällig für Ermüdungsschäden machen.
• 2) Großes Trägheitsmoment und Anlaufdrehmoment, nicht geeignet für Nachführgetriebe mit geringer Leistung.
• 3) Kann nicht für Getriebeübersetzungsverhältnisse unter 35 verwendet werden.
• 4) Das momentane Übersetzungsverhältnis der harmonischen Übertragung unter Verwendung eines Rollwellengenerators (freie Verformungswelle) ist nicht konstant.
• 5) Schlechte Wärmeableitungsbedingungen.

Anwendungen des Harmonic Drive:

Harmonic Drive verfügt über ein breites Anwendungsspektrum und einen breiten Marktraum. Derzeit wird es hauptsächlich in verschiedenen Robotertypen eingesetzt. Neben Robotern wird der harmonische Antrieb auch in anderen Bereichen wie CNC-Werkzeugmaschinen, Photovoltaikanlagen, medizinischen Geräten, Halbleitergeräten, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen häufig eingesetzt.

CNC-Werkzeugmaschinen: Die Energiequelle von CNC-Werkzeugmaschinen sind Servomotoren, die zusätzliche Untersetzungsgetriebe erfordern, um das Drehmoment zu erhöhen und die Trägheitsanpassung des Lastendes zu verbessern. Da der harmonische Antrieb klein ist, eine hohe Präzision aufweist und über einen hohen Übertragungswirkungsgrad verfügt, hat die Produktion und Fertigung von High-End-CNC-Werkzeugmaschinen nach und nach damit begonnen, harmonische Antriebe als Ersatz für die ursprünglichen elektrischen Antriebskomponenten zu verwenden.