LeRéducteur cycloïdal PEEKIl s'agit d'un réducteur à roue à aubes cycloïdal dont le composant principal de transmission est un composite PEEK. Il allie la capacité de charge élevée d'une transmission cycloïdale à la légèreté du PEEK. Les détails suivants sont fournis concernant le principe structurel, les avantages du matériau, les paramètres de performance et les scénarios d'application :
1. Principe structurel
Le réducteur cycloïdal PEEK adopte une structure de transmission à pignon cycloïdal mono-étage : il se compose d'un arbre d'entrée excentrique, de deux pignons cycloïdaux PEEK déphasés de 180°, d'un carter d'engrenage à broches en acier et d'un mécanisme de sortie. Lorsque l'arbre d'entrée tourne, le manchon excentrique entraîne le pignon cycloïdal pour réaliser un mouvement planétaire. Le profil des dents du pignon cycloïdal s'engrène avec les dents du carter d'engrenage, transmettant le mouvement et la puissance à l'arbre de sortie. L'innovation principale réside dans l'utilisation de PEEK moulé par injection renforcé à 40 % de fibres de carbone pour le pignon cycloïdal et d'une structure composite PEEK-métal pour le pignon d'engrenage, garantissant ainsi la légèreté et l'autolubrification des composants de la transmission.
2. Avantages matériels
Conception légère : la densité du réducteur cycloïdal PEEK n'est que de 1,45 g/cm³, ce qui réduit le poids de 50 à 60 % par rapport aux roues cycloïdales en acier et réduit le poids total de plus de 35 %, particulièrement adapté aux articulations de robots avec des exigences de charge sensibles ;
Robustesse : La dureté de surface du PEEK atteint une dureté Rockwell R120. Grâce à son renfort en fibre de carbone, le taux d'usure de la surface des dents est cinq fois inférieur à celui de l'acier. Il assure un fonctionnement durable sans lubrification, même à haute température.
Adaptabilité à la température : le réducteur cycloïdal PEEK peut fonctionner de manière stable dans une large plage de températures de -50°Cà 200°C, avec une température de déformation thermique allant jusqu'à 343°C, répondant aux exigences des environnements industriels à haute température.
3. Paramètres de performance de base
Rapport de réduction : 8:1 à 100:1 (un étage), prenant en charge la connexion en série à deux étages pour obtenir des rapports de réduction plus élevés
Couple nominal : 10 à 200 N・m (modèles correspondants BX-25 à BX-100)
Précision de transmission : jeu de retour≤3 minutes d'arc, efficacité de transmission chuuuut 95 % (dans les conditions nominales)
Indice de durée de vie : Durée de vie en fatigue sous charge nominale 8 000 heures, la capacité de charge aux chocs est 3 fois supérieure au couple nominal
4. Scénarios d'application typiques
Articulations de robot humanoïde : Adaptables aux moteurs de 50 W à 5 kW. Grâce à la structure composite des arbres internes et externes, le poids est réduit de 33 % et la densité de couple est augmentée de 50 %. Ce système est adapté aux mouvements complexes, comme ceux des doigts et des genoux, qui requièrent force et souplesse.
Composants auxiliaires de robot industriel : pour les articulations de poignet à charge légère des robots industriels ou les modules d'exécution supplémentaires qui nécessitent des démarrages et des arrêts fréquents et des rotations flexibles, l'utilisation de réducteurs cycloïdaux PEEK peut réduire le poids des pièces de transmission non essentielles et réduire les temps d'arrêt pour maintenance en raison de sa résistance à la fatigue.
V. Application des matériaux pour les composants clés
Engrenage conique hélicoïdal : L'engrenage conique hélicoïdal est l'élément de transmission principal du réducteur à engrenages coniques hélicoïdaux en PEEK. L'utilisation de PEEK ou de PEEK renforcé de fibres de carbone pour la fabrication de l'engrenage conique hélicoïdal permet de réduire considérablement le poids tout en maintenant la précision de transmission. Selon des informations publiques, le réducteur conique hélicoïdal léger en PEEK présenté par Komei Innovation est doté d'un engrenage conique hélicoïdal qui, grâce à un matériau innovant, augmente sa résistance aux chocs de 200 % pour un poids de 1,62 kg, répondant ainsi aux exigences de charge élevée des robots humanoïdes. De plus, la résistance à la fatigue du PEEK contribue à prolonger la durée de vie de l'engrenage conique hélicoïdal sous des charges alternées et à haute fréquence.
Dents d'axe : Les dents d'axe sont en contact direct avec la surface de la denture de l'engrenage conique spiro-conique et nécessitent une bonne résistance à l'usure. L'utilisation de dents d'axe en matériau composite à base de PEEK ou de dents d'axe métalliques revêtues de PEEK permet de tirer parti du faible coefficient de frottement du PEEK pour réduire le frottement et l'usure à la surface de la denture, réduisant ainsi le recours à la lubrification ou simplifiant les schémas de lubrification. De plus, son élasticité amortit l'impact de l'engrènement, réduisant ainsi le bruit de fonctionnement.
Composants de support et d'étanchéité : Le couvercle d'extrémité, la bague de support et les autres composants structurels du réducteur sont fabriqués en PEEK, ce qui permet de réduire le poids des pièces principales non liées à la transmission et d'obtenir un allègement global. Grâce à leur résistance aux hautes températures et à la corrosion chimique, les joints en PEEK empêchent les fuites d'huile de lubrification à l'intérieur du réducteur et résistent à l'érosion en environnements extérieurs difficiles. Ils sont adaptés aux applications sous-marines, à haute température et autres situations spécifiques aux robots.
Avantages par rapport aux réducteurs à engrenages coniques spiro-spirales traditionnels en PEEK
Performances de légèreté exceptionnelles : la densité du PEEK est d'environ 1,32 g/cm³, bien inférieure à celle des matériaux métalliques couramment utilisés. L'utilisation du PEEK pour la fabrication de certaines pièces permet de réduire considérablement le poids du réducteur, de diminuer la charge sur les articulations du robot, d'améliorer la flexibilité des mouvements et l'efficacité énergétique, ce qui est crucial pour les robots humanoïdes qui recherchent un haut degré de liberté et une longue durée de vie de la batterie.
Contrôle optimisé du bruit : en raison de la certaine élasticité et de la propriété d'autolubrification du PEEK, le réducteur cycloïdal PEEK peut amortir efficacement les vibrations générées par l'engrènement de l'engrenage conique en spirale et de la roue à broches, réduisant ainsi le bruit et facilitant l'utilisation de robots dans des scénarios tels que les laboratoires et les environnements médicaux sensibles au bruit.
Adaptabilité environnementale améliorée : le PEEK offre une excellente résistance chimique et une large plage de températures d'utilisation. Dans les situations complexes où les réducteurs métalliques traditionnels sont sujets aux défaillances dues aux températures élevées et aux risques de corrosion chimique, les réducteurs à base de composants PEEK offrent une stabilité accrue.
Principaux scénarios d'application
Articulations de robots humanoïdes : Le rapport de réduction du réducteur à engrenages coniques spiro-coniques en PEEK peut atteindre 87 en mono-étage, et même dépasser 3 000 en bi-étage. Le réducteur cycloïdal en PEEK offre des performances de charge élevée et de haute précision. La version légère en PEEK est adaptée aux articulations telles que la taille, les hanches et les membres inférieurs des robots humanoïdes qui requièrent à la fois force et sensibilité au poids. Selon une étude de Guoxin Securities, l'utilisation d'un réducteur adapté aux articulations des membres inférieurs permet de réduire le poids de 18 % et d'améliorer la précision de contrôle d'environ 3 fois.
Robots spéciaux : Lorsqu'il est utilisé dans des robots spéciaux tels que l'exploration aérospatiale et la recherche en haute mer, la fonction légère peut réduire les coûts de transport et d'énergie, et l'excellente tolérance environnementale peut assurer le fonctionnement fiable du réducteur dans des conditions de température et d'humidité complexes et la présence de substances chimiques corrosives.
