Projeto de produto de redutores harmônicos

Um redutor de acionamento harmônico consiste principalmente em três componentes principais: um gerador de ondas, um flexspline e um spline circular. O gerador de ondas normalmente é montado no eixo de entrada; é um componente elíptico que apresenta um rolamento de esferas-de seção fina embutido em seu anel externo. O flexspline é montado no eixo de saída; é um componente de metal flexível com uma estrutura-de paredes finas em formato de copo-, com dentes de engrenagem externos cortados na borda externa de sua extremidade aberta. A ranhura circular normalmente é fixada no lugar; é um componente anular rígido com dentes de engrenagem internos cortados em sua circunferência interna-dentes que são do mesmo tamanho daqueles no flexspline, mas dois em número maior.

O princípio de funcionamento é o seguinte: a rotação do gerador de ondas induz uma deformação elástica periódica e controlável no flexspline, fazendo com que ele assuma uma forma elíptica. O eixo maior desta elipse engata nos dentes da ranhura circular, enquanto o eixo menor permanece completamente desengatado. Quando a spline circular é mantida estacionária e o gerador de ondas é girado em uma direção específica, a deformação elástica da flexspline faz com que os pontos de engate com os dentes da spline circular se desloquem sequencialmente. Como o flexspline possui menos dentes que o spline circular (normalmente dois a menos), para cada rotação completa do gerador de ondas, o flexspline avança uma distância equivalente a dois dentes na direção oposta à rotação do gerador de ondas, alcançando assim uma alta taxa de redução.

As suas características de transmissão incluem: uma ampla gama de taxas de redução (50–300 numa única fase, podendo atingir 30.000–60.000); um grande número de dentes engatados simultaneamente (aproximadamente 30%), resultando em alta capacidade de carga-e alta precisão de transmissão; movimento suave com baixos níveis de ruído; e a capacidade de alcançar engajamento-zero de reação negativa. Além disso, possui estrutura compacta; para um torque de saída equivalente, seu volume pode ser reduzido em dois-terços e seu peso pela metade.

O projeto e a fabricação de redutores de acionamento harmônico apresentam vários desafios, incluindo requisitos rigorosos de precisão de usinagem, garantia da vida útil em fadiga do flexspline e controle de erros de transmissão e folga. As inovações tecnológicas neste campo giram principalmente em torno de perfis de dentes de engrenagens, materiais e projetos estruturais. Por exemplo, a empresa japonesa Harmonic Drive Systems (Harmonic Drive) desenvolveu perfis de dentes de arco duplo-circular-(como o perfil "IH") e dentes do tipo "P-para melhorar a qualidade do engate e melhorar a capacidade de suporte de carga-e a rigidez torcional. Da mesma forma, Suzhou Leader Harmonic Drive desenvolveu de forma independente uma estrutura inteiramente nova de "dente tipo P-" e, com base em pesquisas sobre a dinâmica real de engajamento do flexspline, estabeleceu uma nova teoria de engrenamento de engrenagens. No projeto do flexspline, é empregado um aço especializado com alta resistência à fadiga, e o desempenho é aprimorado ainda mais através da otimização da espessura da parede e dos processos de conformação. O componente principal do gerador de ondas é o rolamento flexível, cujo desempenho à fadiga é otimizado por meio de seleção cuidadosa de materiais, refinamentos estruturais e tratamentos de superfície.

Para atender a diversos requisitos de aplicação, os redutores harmônicos evoluíram para uma variedade de configurações estruturais. Modelos integrados comuns (como a série LCS-I) apresentam uma estrutura cilíndrica padrão com um flexspline em formato de copo-; essas unidades incorporam um rolamento de rolos cruzado-integrado e são caracterizadas por uma estria rígida estacionária e uma saída flexspline rotativa. Para acomodar diversas restrições espaciais e requisitos de carga, outras variantes estão disponíveis, incluindo modelos ultra{5}}finos (por exemplo, a série SHD, apresentando uma redução de comprimento axial de aproximadamente 50%), modelos de eixo-oco (por exemplo, a série CPL) e versões de-alta carga equipadas com rolamentos externos (por exemplo, a série CSG-2UH). O portfólio de produtos abrange uma ampla variedade de tamanhos,-desde unidades em miniatura até unidades de grande-escala, e oferece um amplo espectro de taxas de redução.