Hiện nay trên thị trường có nhiều loại hộp số trong đó có hộp số harmonic. Vậy, hộp số harmonic là gì? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, các đặc điểm và ứng dụng của loại hộp số này.

I. Hộp số harmonic hoạt động như thế nào?

Hộp số harmonic là thiết bị độc nhất trong việc truyền mô-men xoắn cao thông qua một thành phần biến dạng đàn hồi. Nó bao gồm ba yếu tố đồng tâm:

• Chốt trục hình tròn (CS) là một vòng hình trụ rắn với răng bánh răng bên trong.
• Chốt trục linh động (FS) là một cốc hình trụ mỏng, không cứng, có răng ngoài ở đầu mở. Đầu đóng của nó được cung cấp kết nối mặt bích với các thành phần máy.
• Bộ tạo sóng (WG) bao gồm một ổ bi mỏng được trang bị trên một phích cắm hình elip, phục vụ như một bộ chuyển đổi mô-men xoắn hiệu quả cao.

Ba thành phần cơ bản này hoạt động theo cách sau:

• FS có đường kính nhỏ hơn một chút so với CS và thường có ít hơn CS 2 răng. Hình dạng elip của Bộ tạo sóng làm cho răng của FS nối vào CS ở hai vùng ở hai đầu đối diện của trục chính của hình elip.
• Khi WG (đầu vào) quay, vùng gắn răng di chuyển với trục chính của hình elip.
• Đối với mỗi chuyển động 180 độ theo chiều kim đồng hồ của WG, FS (đầu ra) di chuyển ngược chiều kim đồng hồ bởi một răng liên quan đến CS (cố định).
• Mỗi vòng quay hoàn chỉnh theo chiều kim đồng hồ của WG dẫn đến việc FS di chuyển ngược chiều kim đồng hồ bởi hai răng từ vị trí trước đó liên quan đến CS.

Do đó, tỷ lệ giảm không phải là một hàm của kích thước tương đối của các bộ phận có răng như trường hợp của bánh răng thúc đẩy hoặc bánh răng hành tinh mà chỉ đơn giản là số lượng răng.

Khi sử dụng nguyên lý hoạt động này, chúng ta có thể giảm tỷ lệ từ 30: 1 đến 320: 1 chỉ với ba thành phần cơ bản. Bánh răng có sẵn với đường kính ngoài từ 20 đến 330 mm với công suất mô-men xoắn cực đại từ 0,5 đến hơn 9000 Nm.

II. Các đặc điểm chính.

So với thiết bị truyền thống, hộp số điều hoà cung cấp cho người dùng các lợi ích đáng kể.

Độ chính xác định vị và độ lặp lại đặc biệt cao là các tính năng chính của nó. Đây là kết quả của độ chính xác truyền cao, tốt hơn 30 giây cầu võng đối với các bánh răng loạt tiêu chuẩn. Đối với các bánh răng được chọn, độ chính xác truyền tốt hơn 20 giây cầu võng là điều khả thi. Do số lượng nhỏ các thành phần cơ bản và sự tham gia của nhiều răng, độ chính xác truyền không quá phụ thuộc vào độ chính xác của nhiều bộ phận bánh răng hoặc vào các lỗi răng riêng lẻ.

Độ lặp lại của +/- 5 giây cầu võng đạt được đối với các bánh răng loạt tiêu chuẩn bởi vì tổn thất trễ rất thấp. Đối với các bánh răng đã chọn, một vòng lặp tốt hơn +/- 3 giây cầu võng là có thể. Các giá trị này được hỗ trợ bởi thực tế là hộp số điều hòa có thể hoạt động với độ phản ứng không. Do tải trước xuyên tâm tự nhiên trong khu vực gắn răng mà thiết bị hoạt động mà không có phản ứng ngược.

Vì điện được truyền qua nhiều lần gắn răng, hộp số harmonic có công suất mô-men xoắn rất cao - bằng với các ổ thông thường gấp đôi kích thước của nó và gấp ba lần trọng lượng của nó.

Thiết bị này thể hiện độ cứng xoắn rất cao với đặc tính độ cứng gần như tuyến tính. Tổn thất trễ cũng cực kỳ thấp, điều này phản ánh lực ma sát bên trong của cụm bánh răng rất thấp. Đối với bánh răng thông thường, phản ứng ngược thường chỉ có thể được loại bỏ bằng tải trước bên ngoài, sau đó dẫn đến tăng tổn thất trễ và tăng chuyển động bị mất.

So với các bánh răng có tỷ lệ cao khác thì hiệu suất của nó cũng cao không kém. Hiệu suất trên 80% là điển hình cho một thiết bị có tỷ lệ 100: 1 ở mô-men xoắn định mức và tốc độ đầu vào định mức.

Hiệu suất cao và tổn thất trễ thấp cho thấy có ma sát rất thấp trong bánh răng. Các răng tiếp xúc với một chuyển động xuyên tâm gần như tinh khiết và có tốc độ trượt cơ bản bằng không, ngay cả ở tốc độ đầu vào cao. Mất ma sát răng và mài mòn là không đáng kể. Do đó, không có sự gia tăng phản ứng ngược trong suốt thời gian hoạt động của thiết bị, miễn là hướng dẫn lắp ráp và bôi trơn của nhà sản xuất được thực hiện.

Hiệu suất cao như một bộ giảm tốc cũng có nghĩa là bánh răng có thể đảo ngược để có thể lái lùi thiết bị trong tình huống khẩn cấp.

Đối với các ứng dụng trong không gian, các thiết kế nhỏ, gọn nhẹ là vô cùng quan trọng, sự linh hoạt trong thiết kế được cung cấp bởi nguyên lý này cũng vậy. Tất cả các thành phần thiết bị cơ bản có thể dễ dàng sửa đổi để giảm trọng lượng và có thể được sản xuất trong các vật liệu phù hợp cho các ứng dụng không gian.

III. Các ứng dụng của hộp số harmonic.

Như chúng tôi đã đề cập ở trên, hiện nay có một loạt các ứng dụng khác nhau cho các bánh răng điều hòa trong không gian. Sau đây chỉ là một vài ví dụ gần đây cho thấy tính linh hoạt của nguyên lý vận hành thiết bị độc đáo này.

1. Ứng dụng tàu đổ bộ.

Một ứng dụng quan trọng gần đây là về nhiệm vụ Mars Pathfinder. Tàu đổ bộ bao gồm một tấm đế và ba cánh. Để định hướng nó, mỗi cánh được triển khai bằng một bộ truyền động cánh được gắn ở bản lề nối cánh với cánh nền. Mỗi bộ truyền động là một cơ cấu mô-men xoắn cao bao gồm một bánh răng DC không chổi than, bánh răng thúc đẩy, ly hợp và bánh răng truyền động hài hòa với tỷ lệ 160: 1. Thiết bị truyền động hoàn chỉnh chỉ nặng 5,7 kg nhưng hiệu suất đã được thử nghiệm với mô-men xoắn đầu ra hơn 1200 Nm.

2. Ứng dụng điều khiển.

Ổ bánh xe Lunar Roving Vehicle là ứng dụng đầu tiên đưa nguyên lý truyền động điều hòa vào mắt công chúng. Điều khiển hành tinh tiếp tục là khu vực ứng dụng quan trọng.

Một dự án quan trọng hiện nay là robot bốn bánh Nomad được thiết kế để vượt qua địa hình tương tự hành tinh. Chiếc xe này có các đơn vị ổ đĩa đẩy riêng lẻ nằm trong bánh xe. Cấu hình này có lợi thế của các đơn vị ổ đĩa kín, các thành phần ổ đĩa giống hệt nhau, đơn giản và kiểm soát chuyển động được cải thiện. Mỗi đơn vị ổ đĩa chứa một động cơ DC không chổi than và thiết bị truyền động điều hòa.

3. Ứng dụng vệ tinh.

Hộp số harmonic có nhiều ứng dụng trong cơ chế truyền động định vị cho mảng năng lượng mặt trời, ăng ten, gương, dụng cụ, máy quay video cũng như trong các ứng dụng one-shot như bộ truyền động chốt.

Một ứng dụng điển hình là trong một thiết bị truyền động cơ điện được sử dụng trong vệ tinh SS/L401S, ban đầu được phát triển như một nền tảng chi phí thấp cho hệ thống điện thoại kỹ thuật số thế giới Globalstar với hoạt động ban đầu là 64 tàu vũ trụ.

IV. Kết luận.

Trong 25 năm kể từ khi hộp số điều hoà được sử dụng lần đầu tiên trong không gian, nguyên lý thiết bị độc đáo này đã tự khẳng định là một giải pháp chính xác và cực kỳ đáng tin cậy. Các phát triển mới được mô tả trong bài viết này cung cấp nhiều lợi ích hiệu suất sẽ mở ra nhiều khả năng ứng dụng hơn nữa.

Uniduc hy vọng rằng qua bài viết này, các bạn đã có được cái nhìn tổng quan hơn về nguyên lý hoạt động, đặc điểm cũng như các ứng dụng của hộp số harmonic.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.