Penggerak Harmonik

Gerak putar tersebut berasal dari poros masukan yang dapat berupa sumbu motor servo misalnya. Ini terhubung ke elemen yang disebut "pembangkitan gelombang" yang berbentuk elips dan dikelilingi oleh bantalan bola elips. Saat poros berputar, ujung-ujungnya berubah posisi, sehingga tampak seperti menghasilkan gelombang gerak. Bagian ini dimasukkan ke dalam spline fleksibel yang terbuat dari bahan yang kaku namun fleksibel.

Material mengambil gerakan bergelombang ini dengan cara melenturkan sesuai dengan putaran poros masukan dan juga menciptakan bentuk elips. Tepi luar spline fleksibel ini dilengkapi gigi roda gigi yang cocok untuk memindahkan beban tinggi tanpa masalah. Untuk memindahkan beban ini, spline fleksibel dipasang di dalam spline melingkar yang merupakan roda gigi bundar yang memiliki gigi bagian dalam.

Cincin luar ini kaku dan diameter dalamnya sedikit lebih besar daripada sumbu utama elips yang dibentuk oleh spline fleksibel. Ini berarti bahwa spline melingkar tidak mengambil bentuk elips dari dua komponen lainnya, melainkan hanya menyatukan gigi bagian dalam dengan gigi sisi spline fleksibel bagian luar, sehingga menghasilkan rotasi spline fleksibel.

Laju putaran bergantung pada putaran poros masukan dan perbedaan jumlah gigi antara spline fleksibel dan spline melingkar. Spline fleksibel memiliki gigi yang lebih sedikit dibandingkan spline melingkar, sehingga dapat berputar dengan rasio yang jauh lebih kecil dan berlawanan arah dibandingkan dengan poros input. Jatah reduksi diberikan oleh: (jumlah gigi spline fleksibel – jumlah gigi spline melingkar) / jumlah gigi spline fleksibel.

Jadi misalnya spline lentur mempunyai 100 gigi dan spline melingkar mempunyai 105 gigi, maka rasio reduksinya adalah (100 - 105) / 100=-0.05 yang berarti rasio spline fleksibelnya adalah -5/100 (minus menunjukkan arah putaran yang berlawanan). Perbedaan jumlah gigi dapat diubah untuk mengakomodasi rasio reduksi yang berbeda dan dengan demikian kebutuhan dan persyaratan khusus yang berbeda.

Ada tiga elemen dalam Harmonic Drive dasar: spline melingkar, flexspline, dan generator gelombang. Spline melingkar memiliki gigi internal yang menyatu dengan gigi eksternal pada flexspline. Flexspline memiliki lebih sedikit gigi dan akibatnya diameter efektif lebih kecil dibandingkan spline melingkar.

Generator gelombang berbentuk elips dan bertindak sebagai penghubung dengan dua roller yang berputar di dalam flexspline, menyebabkannya menyatu dengan spline melingkar secara progresif pada titik-titik yang berlawanan secara diametral. Jika generator gelombang (masukan) berputar searah jarum jam sementara spline melingkar tetap, flexspline (output) akan berputar atau menggelinding di dalam spline melingkar dengan kecepatan yang jauh lebih lambat dalam arah berlawanan jarum jam.

Perbandingan kecepatan masukan dengan kecepatan keluaran bergantung pada perbedaan jumlah gigi pada spline melingkar dan pada spline fleksibel. Rasio kecepatan setinggi 320 banding 1 dapat dihasilkan dalam Penggerak Harmonik-reduksi tunggal, yang lebih ringan, lebih kecil, dan lebih efisien dibandingkan penggerak-rasio tinggi konvensional. Penggerak gabungan dapat menghasilkan rasio setinggi 1.000.000 banding 1. Spline melingkar, spline fleksibel, atau generator gelombang dapat diperbaiki sementara dua elemen lainnya berfungsi sebagai input dan output.

Karakteristik unik dan berguna dari Harmonic Drive adalah kemampuannya untuk mengirimkan gerakan melalui dinding tertutup. Gigi flexspline dapat ditempatkan di dekat bagian tengah tabung silinder fleksibel panjang yang tertutup rapat. Generator gelombang dapat berada di dalam tabung, dan dengan putarannya, ia dapat membelokkan spline fleksibel dan menghasilkan putaran lambat dari spline melingkar yang melingkari.

Harmonic Drive versi putar-ke-linier menggunakan sekrup dan menggerakkan batang kendali di kepala reaktor nuklir tanpa kontak mekanis melalui tabung tertutup. Sistem Penggerak Harmonik berguna dalam meningkatkan torsi keluaran pada roda gigi yang digunakan dalam penggilingan, manufaktur, dan pada mesin yang menggunakan lengan robot. Mereka telah digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari-barang konsumen berbiaya rendah seperti mesin penjual otomatis hingga sistem canggih untuk keperluan militer dan ruang angkasa.

Roda gigi penggerak harmonik banyak digunakan dalam aplikasi luar angkasa, robotika, dan sistem penentuan posisi presisi karena atributnya yang menarik, termasuk serangan balik mendekati-nol, rasio reduksi kecepatan tinggi, ukuran kompak, dan bobot kecil. Mereka memiliki kesalahan pemosisian periodik yang dikenal sebagai kesalahan kinematik yang bertanggung jawab atas penurunan kinerja transmisi.

Memiliki pemahaman yang jelas tentang mekanisme kesalahan gerak dan karakterisasinya. Kami melaporkan hasil analitis dan eksperimental kesalahan gerakan menggunakan studi khusus peralatan uji penggerak harmonik. Pertama kali ditunjukkan bahwa kesalahan yang disebut kesalahan kinematik sebenarnya terdiri dari komponen fundamental, yang mewakili kesalahan kinematik "murni", diwarnai oleh komponen kedua yang timbul dari fleksibilitas torsi yang melekat pada roda gigi penggerak harmonik.

Komponen terakhir menjelaskan sumber variabilitas dalam profil kesalahan kinematik yang dipublikasikan. Penguraian kesalahan kinematik menjadi komponen dasar dan komponen terkait fleksibilitas ditunjukkan secara eksperimental dan analitis dengan mencocokkan model matematika dengan data eksperimen. Kami juga mengkarakterisasi ketergantungan kesalahan kinematik pada beban inersia, rakitan roda gigi, dan kecepatan rotasi.