ไดรฟ์ฮาร์มอนิก

การเคลื่อนที่แบบหมุนมาจากเพลาอินพุตที่สามารถเป็นแกนเซอร์โวมอเตอร์ได้ เป็นต้น สิ่งนี้เชื่อมต่อกับองค์ประกอบที่เรียกว่า "การสร้างคลื่น" ซึ่งมีรูปร่างเป็นวงรีและล้อมรอบด้วยลูกปืนทรงรี ขณะที่เพลาหมุน ขอบจะเปลี่ยนตำแหน่ง ดังนั้นจึงดูเหมือนว่ากำลังสร้างคลื่นการเคลื่อนที่ ส่วนนี้ถูกสอดเข้าไปในเส้นโค้งแบบยืดหยุ่นที่ทำจากวัสดุที่มีความแข็งตามแรงบิดแต่ก็ยืดหยุ่นได้

วัสดุจะรับการเคลื่อนที่ที่เป็นคลื่นนี้โดยการโค้งงอตามการหมุนของเพลาอินพุต และยังสร้างรูปร่างเป็นวงรีอีกด้วย ขอบด้านนอกของร่องฟันเฟืองนี้มีฟันเฟืองที่เหมาะสำหรับการถ่ายโอนน้ำหนักมากโดยไม่มีปัญหาใดๆ ในการถ่ายโอนน้ำหนักเหล่านี้ ร่องฟันแบบยืดหยุ่นจะถูกติดตั้งไว้ภายในร่องฟันแบบวงกลมซึ่งเป็นเฟืองทรงกลมที่มีฟันภายใน

วงแหวนรอบนอกนี้มีความแข็งและมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในใหญ่กว่าแกนหลักของวงรีเล็กน้อยซึ่งเกิดจากเส้นโค้งงอ ซึ่งหมายความว่าร่องฟันแบบวงกลมไม่ได้มีรูปร่างเป็นวงรีของส่วนประกอบอีก 2 ชิ้น แต่กลับเป็นเพียงการประกบฟันด้านในกับฟันของด้านร่องฟันด้านนอก ส่งผลให้เกิดการหมุนของร่องฟันด้านใน

อัตราการหมุนขึ้นอยู่กับการหมุนของเพลาอินพุตและความแตกต่างของจำนวนฟันระหว่างเส้นโค้งงอและเส้นโค้งแบบวงกลม ร่องฟันแบบยืดหยุ่นมีฟันน้อยกว่าร่องฟันแบบวงกลม จึงสามารถหมุนได้ในอัตราส่วนที่ลดลงมากและไปในทิศทางตรงกันข้ามกว่าเพลาอินพุต อัตราส่วนการลดกำหนดโดย: (จำนวนฟันเฟืองเฟล็กซ์ – จำนวนฟันเฟืองวงกลม) / จำนวนฟันเฟืองเฟล็กซ์

ตัวอย่างเช่น หากเส้นโค้งงอมี 100 ฟัน และเส้นโค้งวงกลมมี 105 ซี่ อัตราการลดจะเป็น (100 - 105) / 100=-0.05 ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนเส้นโค้งงอคือ -5/100 (ลบแสดงถึงทิศทางตรงกันข้ามของการหมุน) ความแตกต่างของจำนวนฟันสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้เหมาะสมกับอัตราส่วนการลดลงที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีความต้องการและข้อกำหนดเฉพาะที่แตกต่างกัน

มีองค์ประกอบสามประการในฮาร์มอนิกไดรฟ์พื้นฐาน ได้แก่ เส้นโค้งแบบวงกลม เฟล็กซ์สไปน์ และเครื่องกำเนิดคลื่น ร่องฟันแบบวงกลมมีฟันภายในที่ประกบกับฟันด้านนอกบนเฟล็กสไปน์ เฟล็กสไปลน์มีฟันน้อยกว่า จึงมีเส้นผ่านศูนย์กลางใช้งานน้อยกว่าร่องฟันแบบวงกลม

เครื่องกำเนิดคลื่นมีรูปร่างเป็นวงรีและทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมกับลูกกลิ้งสองตัวที่หมุนภายในเฟล็กซ์สไปลน์ ทำให้เครื่องกำเนิดคลื่นประกบกับเส้นโค้งวงกลมอย่างต่อเนื่องที่จุดตรงข้ามกันที่มีเส้นทแยงมุม หากเครื่องกำเนิดคลื่น (อินพุต) หมุนตามเข็มนาฬิกาในขณะที่เส้นโค้งวงกลมได้รับการแก้ไข เฟล็กซ์สปิน (เอาต์พุต) จะหมุนหรือหมุนภายในเส้นโค้งวงกลมในอัตราที่ช้ากว่ามากในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา

อัตราส่วนของความเร็วอินพุตต่อความเร็วเอาท์พุตขึ้นอยู่กับความแตกต่างของจำนวนฟันในร่องฟันแบบวงกลมและบนเฟล็กสไปน์ อัตราส่วนความเร็วสูงถึง 320 ต่อ 1 สามารถผลิตได้ใน-ฮาร์มอนิกไดรฟ์แบบลดเดี่ยว ซึ่งเบากว่า เล็กกว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่าไดรฟ์อัตราส่วนสูง-ทั่วไป ไดรฟ์แบบผสมสามารถสร้างอัตราส่วนได้สูงถึง 1,000,000 ต่อ 1 ทั้งเส้นโค้งแบบวงกลม เฟล็กซ์สไปลน์ หรือเครื่องกำเนิดคลื่นอาจได้รับการแก้ไข ในขณะที่อีกสององค์ประกอบทำหน้าที่เป็นอินพุตและเอาต์พุต

คุณลักษณะเฉพาะและมีประโยชน์ของ Harmonic Drive คือความสามารถในการส่งการเคลื่อนไหวผ่านผนังที่ปิดสนิท ฟันแบบยืดหยุ่นสามารถวางไว้ใกล้กับศูนย์กลางของท่อทรงกระบอกยืดหยุ่นที่ปิดผนึกอย่างผนึกแน่นและยาวได้ เครื่องกำเนิดคลื่นสามารถอยู่ภายในท่อได้ และด้วยการหมุนของมัน เครื่องกำเนิดคลื่นจึงสามารถเบนทิศทางของเฟล็กสไปน์และทำให้เส้นโค้งวงกลมที่ล้อมรอบหมุนช้าๆ

ฮาร์มอนิกไดรฟ์เวอร์ชันหมุน-}เป็น-เชิงเส้นใช้สกรูและเคลื่อนแกนควบคุมในหัวเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยไม่ต้องมีการสัมผัสเชิงกลผ่านท่อที่ปิดสนิท ระบบฮาร์มอนิกไดรฟ์มีประโยชน์ในการเพิ่มแรงบิดเอาท์พุตในเฟืองที่ใช้ในการกัด ในการผลิต และในเครื่องจักรที่ใช้แขนหุ่นยนต์ พวกมันถูกนำไปใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่สินค้าอุปโภคบริโภคที่มีต้นทุนต่ำ- เช่น ตู้จำหน่ายสินค้าอัตโนมัติ ไปจนถึงระบบที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานทางการทหารและการบินและอวกาศ

เฟืองขับฮาร์มอนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานในอวกาศ หุ่นยนต์ และระบบกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ เนื่องจากมีคุณลักษณะที่น่าสนใจ รวมถึงระยะฟันเฟืองที่ใกล้-เป็นศูนย์ อัตราการลดความเร็วสูง ขนาดกะทัดรัด และน้ำหนักเบา พวกเขามีข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งเป็นระยะโดยธรรมชาติที่เรียกว่าข้อผิดพลาดจลนศาสตร์ที่รับผิดชอบต่อการลดประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ

มีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับกลไกของข้อผิดพลาดในการเคลื่อนไหวและลักษณะเฉพาะของมัน เรารายงานผลการวิเคราะห์และการทดลองเกี่ยวกับข้อผิดพลาดในการเคลื่อนไหวโดยใช้การศึกษาเฉพาะของอุปกรณ์ทดสอบฮาร์มอนิกไดรฟ์ แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าข้อผิดพลาดที่เรียกว่าข้อผิดพลาดทางจลนศาสตร์นั้นแท้จริงแล้วประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐาน ซึ่งแสดงถึงข้อผิดพลาดทางจลน์ศาสตร์ "บริสุทธิ์" ซึ่งแต่งสีด้วยองค์ประกอบที่สองที่เกิดจากความยืดหยุ่นในเชิงบิดโดยธรรมชาติของเฟืองขับฮาร์มอนิก

องค์ประกอบหลังอธิบายแหล่งที่มาของความแปรปรวนในโปรไฟล์ข้อผิดพลาดทางจลนศาสตร์ที่เผยแพร่ การสลายตัวของข้อผิดพลาดจลน์เมติกส์ไปเป็นองค์ประกอบพื้นฐานและองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นนั้นแสดงให้เห็นทั้งในเชิงทดลองและเชิงวิเคราะห์โดยการจับคู่แบบจำลองทางคณิตศาสตร์กับข้อมูลการทดลอง นอกจากนี้เรายังแสดงลักษณะเฉพาะของการพึ่งพาข้อผิดพลาดจลนศาสตร์กับโหลดเฉื่อย การประกอบเฟือง และความเร็วในการหมุน