고조파 드라이브

회전 동작은 예를 들어 서보 모터 축이 될 수 있는 입력 샤프트에서 발생합니다. 이는 타원형 모양을 가지며 타원형 볼 베어링으로 ​​둘러싸인 "파동 생성"이라는 요소와 연결됩니다. 샤프트가 회전함에 따라 가장자리의 위치가 바뀌므로 모션 웨이브가 생성되는 것처럼 보입니다. 이 부품은 비틀림 강성이면서도 유연한 재질로 만들어진 플렉스 스플라인 내부에 삽입됩니다.

재료는 입력 샤프트의 회전에 따라 구부러지면서 이러한 물결 모양의 움직임을 흡수하고 타원형 모양을 만듭니다. 이 플렉스 스플라인의 외부 가장자리에는 문제 없이 높은 하중을 전달하는 데 적합한 기어 톱니가 있습니다. 이러한 하중을 전달하기 위해 플렉스 스플라인은 내부 톱니를 갖춘 원형 기어인 원형 스플라인 내부에 장착됩니다.

이 외부 링은 견고하며 내부 직경은 플렉스 스플라인에 의해 형성된 타원의 주축보다 약간 더 큽니다. 이는 원형 스플라인이 다른 두 구성 요소의 타원형 모양을 가정하지 않고 대신 내부 톱니를 외부 플렉스 스플라인 측면의 톱니와 맞물려 플렉스 스플라인이 회전한다는 것을 의미합니다.

회전율은 입력축의 회전과 플렉스플라인과 서큘러 스플라인의 잇수의 차이에 따라 달라집니다. 플렉스플라인은 서큘러 스플라인에 비해 톱니 수가 적기 때문에 입력축에 비해 훨씬 적은 비율로 회전할 수 있으며 반대 방향으로 회전할 수 있습니다. 감속비는 (플렉스플라인 톱니수 - 원형 스플라인 톱니수) / 플렉스플라인 톱니수로 계산됩니다.

예를 들어 플렉스플라인의 톱니가 100개이고 원형 스플라인의 톱니가 105개인 경우 축소 비율은 (100 - 105) / 100=-0.05입니다. 이는 플렉스 스플라인 비율이 -5/100(마이너스는 스핀 반대 방향을 나타냄)임을 의미합니다. 톱니 수의 차이는 다양한 감속비와 그에 따른 다양한 전문 요구 사항을 수용하기 위해 변경될 수 있습니다.

기본 하모닉 드라이브에는 원형 스플라인, 플렉스플라인, 웨이브 제너레이터의 세 가지 요소가 있습니다. 원형 스플라인에는 플렉스플라인의 외부 톱니와 맞물리는 내부 톱니가 있습니다. 플렉스플라인은 톱니 수가 적고 결과적으로 원형 스플라인보다 유효 직경이 더 작습니다.

웨이브 생성기는 모양이 타원형이며 플렉스플라인 내에서 회전하는 두 개의 롤러와 링크 역할을 하여 정반대 지점에서 점차적으로 원형 스플라인과 맞물리게 됩니다. 원형 스플라인이 고정된 상태에서 웨이브 제너레이터(입력)가 시계 방향으로 회전하면 플렉스플라인(출력)은 원형 스플라인 내부에서 반시계 방향으로 훨씬 느린 속도로 회전하거나 롤링하게 됩니다.

입력속도와 출력속도의 비율은 써큘러 스플라인과 플렉스플라인의 잇수의 차이에 따라 달라집니다. 기존의 높은 비율 드라이브보다 더 가볍고, 작고, 더 효율적인 단일-감소 하모닉 드라이브에서는 최대 320:1의 속도 비율을 생성할 수 있습니다.- 복합 드라이브는 최대 1,000,000 대 1의 비율을 생성할 수 있습니다. 원형 스플라인, 플렉스플라인 또는 웨이브 제너레이터 중 하나는 고정될 수 있으며 다른 두 요소는 입력 및 출력 역할을 합니다.

하모닉 드라이브의 독특하고 유용한 특성은 밀봉된 벽을 통해 모션을 전송하는 능력입니다. 플렉스플라인 톱니는 밀봉된 길고 유연한 원통형 튜브의 중앙 근처에 배치될 수 있습니다. 웨이브 생성기는 튜브 내부에 있을 수 있으며 회전을 통해 플렉스플라인을 편향시키고 둘러싸는 원형 스플라인의 느린 회전을 생성할 수 있습니다.

하모닉 드라이브의 회전식-대-선형 버전은 나사를 사용하고 밀봉된 튜브를 통해 기계적인 접촉 없이 원자로 헤드의 제어봉을 움직입니다. 하모닉 드라이브 시스템은 밀링, 제조 및 로봇 팔을 사용하는 기계에 사용되는 기어의 출력 토크를 높이는 데 유용합니다. 자동 판매기와 같은 저가의 소비재부터 군용 및 항공우주용 정교한 시스템에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되었습니다.

하모닉 구동 기어는 거의 제로 백래시, 높은 감속비, 컴팩트한 크기, 작은 무게 등의 매력적인 특성으로 인해 우주 응용 분야, 로봇 공학, 정밀 위치 제어 시스템에 널리 사용됩니다. 그들은 전송 성능 저하의 원인이 되는 운동학적 오류로 알려진 고유한 주기적인 위치 오류를 가지고 있습니다.

동작 오류의 메커니즘과 그 특성을 명확하게 이해합니다. 우리는 하모닉 드라이브 테스트 장비에 대한 전용 연구를 사용하여 모션 오류에 대한 분석 및 실험 결과를 보고합니다. 운동학적 오류라고 불리는 오류는 실제로 "순수한" 운동학적 오류를 나타내는 기본 구성요소로 구성되어 있으며, 조화 구동 기어의 고유한 비틀림 유연성에서 발생하는 두 번째 구성요소로 표시됩니다.

후자의 구성 요소는 게시된 운동학적 오류 프로필의 변동성의 원인을 설명합니다. 운동학적 오류를 기본 구성 요소와 유연성 관련 구성 요소로 분해하는 과정을 실험적으로 설명할 뿐만 아니라 수학적 모델을 실험 데이터와 일치시켜 분석적으로 보여줍니다. 또한 관성 하중, 기어 조립 및 회전 속도에 대한 운동학적 오류의 의존성을 특성화합니다.