고조파 드라이브

고조파 드라이브

Harmonic Drive는 Harmonic Drive 회사가 상표를 등록하고 CW Musser가 1957 년에 발명 한 스트레인 웨이브 기어의 브랜드 이름입니다.

오늘날 로봇 공학에서 매우 일반적으로 구현되고 항공 우주에서도 기어 감소를 위해 사용되지만 회전 속도를 높이거나 차동 기어링에도 사용할 수 있습니다.

SWG (Strain wave gearing)의 기본 개념은 CW Musser가 1957 년 특허를 통해 도입했으며 1960 년 USM Co.에서 처음 성공적으로 사용했으며 이후에는 USM 라이센스하에 Hasegawa Gear Works, Ltd.에서 성공적으로 사용했습니다. 이후 Hasegawa Gear Works, Ltd.는 일본에 위치한 Harmonic Drive Systems Inc.가되었으며 USM Co. Harmonic Drive 사업부는 Harmonic Drive Technologies Inc.가되었습니다.


Apollo Lunar Rover의 전기 구동 휠에는 기어링에 스트레인 웨이브 기어가 포함되어 있습니다. 또한 Skylab에서 태양 전지판을 배치하는 데 사용 된 윈치는 변형 파 기어를 사용하여 구동되었습니다. 이 두 시스템은 United Shoe Machinery Corp.의 Harmonic Drive Division에서 개발했습니다. [인용 필요]


2006 년 1 월 1 일, 매사추세츠 주 피바디의 Harmonic Drive Technologies / Nabtesco와 뉴욕 주 Hauppauge의 HD Systems가 합병하여 새로운 합작 투자 회사 인 Harmonic Drive LLC를 설립했습니다. [6] HD Systems, Inc.는 Harmonic Drive System, Inc.의 자회사였습니다. 사무실은 매사추세츠 주 피바디, 매사추세츠 주 하우 포지, 캘리포니아 주 산호세 및 일리노이 주 오크 파크에 있습니다. 일본의 Harmonic Drive Systems, Inc.는 도쿄에 본사를두고 있으며 일본 Hotaka에 주요 제조 공장을두고 있습니다. Harmonic Drive AG는 독일 림 부르크 / 란에 유럽 본사와 제조 시설을두고 있습니다.


변형 파 기어링 이론은 탄성 역학을 기반으로하며 금속의 유연성을 활용합니다. 메커니즘에는 파동 생성기 (2 / 녹색), 플렉스 스플라인 (3 / 빨간색) 및 원형 스플라인 (4 / 파란색)의 세 가지 기본 구성 요소가 있습니다. 더 복잡한 버전에는 일반적으로 전체 길이를 줄이거 나 더 작은 직경 내에서 기어 감소를 늘리는 데 사용되는 네 번째 구성 요소가 있지만 여전히 동일한 기본 원칙을 따릅니다.


파동 발생기는 파동 발생기 플러그라고하는 타원형 디스크와 외부 볼 베어링의 두 부분으로 구성됩니다. 기어 플러그가 베어링에 삽입되어 베어링도 타원형이됩니다.


플렉스 스플라인은 얕은 컵 모양입니다. 스플라인의 측면은 매우 얇지 만 바닥은 상대적으로 단단합니다. 이것은 얇은 벽으로 인해 열린 끝에서 벽의 상당한 유연성을 가져오고 닫힌면은 매우 단단하고 단단히 고정 될 수 있습니다 (예 : 샤프트). 치아는 플렉스 스플라인 외부 주위에 방사형으로 배치됩니다. 플렉스 스플라인은 파동 생성기 위에 단단히 고정되므로 파동 생성기 플러그가 회전 할 때 플렉스 스플라인은 회전하는 타원 모양으로 변형되고 볼 베어링의 외부 타원형 링 위로 미끄러지지 않습니다. 볼 베어링을 사용하면 플렉스 스플라인이 파동 생성기의 샤프트에 대해 독립적으로 회전합니다.


원형 스플라인은 내부에 톱니가있는 단단한 원형 링입니다. 플렉스 스플라인과 웨이브 생성기는 원형 스플라인 내부에 배치되어 플렉스 스플라인과 원형 스플라인의 톱니를 메쉬합니다. 플렉스 스플라인이 타원형으로 변형되기 때문에 이빨은 실제로 플렉스 스플라인의 반대쪽에있는 두 영역 (타원의 장축에 위치)에서 원형 스플라인의 이빨과 만 실제로 맞물립니다.


Assume that the wave generator is the input rotation. As the wave generator plug rotates, the flex spline teeth which are meshed with those of the circular spline slowly change position. The major axis of the flex spline's ellipse rotates with wave generator, so the points where the teeth mesh revolve around the center point at the same rate as the wave generator's shaft. The key to the design of the strain wave gear is that there are fewer teeth (often for example two fewer) on the flex spline than there are on the circular spline. This means that for every full rotation of the wave generator, the flex spline would be required to rotate a slight amount (two teeth in this example) backward relative to the circular spline. Thus the rotation action of the wave generator results in a much slower rotation of the flex spline in the opposite direction.


For a strain wave gearing mechanism, the gearing reduction ratio can be calculated from the number of teeth on each gear:

For example, if there are 202 teeth on the circular spline and 200 on the flex spline, the reduction ratio is (200 − 202)/200 = −0.01


Thus the flex spline spins at 1/100 the speed of the wave generator plug and in the opposite direction. Different reduction ratios are set by changing the number of teeth. This can either be achieved by changing the mechanism's diameter or by changing the size of the individual teeth and thereby preserving its size and weight. The range of possible gear ratios is limited by tooth size limits for a given configuration.


Advantage:

The advantages include: no backlash, high compactness and light weight, high gear ratios, reconfigurable ratios within a standard housing, good resolution and excellent repeatability (linear representation) when repositioning inertial loads, high torque capability, and coaxial input and output shafts. High gear reduction ratios are possible in a small volume (a ratio from 30:1 up to 320:1 is possible in the same space in which planetary gears typically only produce a 10:1 ratio).