Conventional theory of gear mechanism can't be applied to analyze the harmonic drive due to specific movement of the teeth. This paper deals with an analysis of kinematics and geometry of the tooth engagement of a harmonic drive comprising circular spline, flexspline and wave generator. A theoretical new tooth profile of the flexspline in meshing internal rigid gear with involute profile is obtained. Characteristics of harmonic drive reducer are shown according to parameters such as deviation coefficient, deviation distance, addendum modification coefficient. As an example, the design of harmonic drive with 1:80 reduction ratio is presented.
In general, motor parameters can be divided into mechanical/electrical parameters and harmonic parameters. Mechanical/electrical parameters identification of motor have been studying systematically for a long time. But, systematical study on harmonic parameters analysis for efficient motor drive system are very poor. The goal of this paper is to propose analyzing method of harmonic parameters for motor drive system with various experimental graphic screens and numerical results and to develope harmonic parameters analyzer. A developed analyzer is made up 586-PC and DSP (digital signal processor) board, motor drive system, power and harmonic parameters analyzing software for windows. Harmonic parameters are analyzed using correlation signal processing techniques based on the correlation between voltage and current waveforms. Analysis results are visualized by 3-D current coordinates, and it is compared and evaluated with conventional time/frequency domain. To verify the validity of the proposed system, 1/4HP capacitor run type single phase induction motor and thyristor speed controller is used for analyzing. Harmonic parameters of motor drive system is analyzed and verified, with varying fire angle of thyristor speed controller, and the proposed approach is to confirm validity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.7
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pp.1166-1173
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1997
Due to progress in manufacturing techniques, the performance of the harmonic drive has been improved but not sufficiently. One of the important problems which the current harmonic drive has is that while there is the potential for having a wider tooth contact area, the total number of teeth engaged simultaneously is still small. This is mainly due to the involute tooth profile. Hence, in this study, the cycloid-type tooth profile is developed to improve this problem. This paper represents the design methodology and performance evaluation f the cycloid-type harmonic drive. Cycloide tooth profile was derived by analyzing geometry of the tooth engagement and the contact mechanisms of the tooth which were examined and analyzed by load analysis. The stress due to elastic deformation of a flexspline was also obtained by approximate formula and computer analysis. Finally, the cycloid-type harmonic drive with 1:100 speed ratio was manufactured and the performance of the harmonic drive was evaluated.
Park, Byung-Ju;Yoon, Dong-Chul;Oh, Jeong-Cheol;Bae, Byung-Yeol;Hwang, An-Il;Yoo, Hang-Kyu;Choi, Seok-Keun
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.67
no.4
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pp.191-199
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2018
The harmonic reduction method of ac motor drive, ACL and DCL were commonly used, but the current distortion ratio was only 35%, thus the several different types of filters as BBHF(broad band harmonic filter), HHF(hybrid harmonic filter), NHHF(new hybrid harmonic filter) have been developed to satisfy the IEEE Std. 519 harmonic limitation. However, these filters had been limited marketability due to cost and size problems. This study suggests the methods to reduce cost and size of the harmonic filter including topologies, besides we discussed simulation results of the power system with regard to the implementation and performance of the filters.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.8
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pp.60-70
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1998
A harmonic drive is compact torque transmission device with no backlash which is widely applied in industrial field to transmit torque precisely. However, one of the disadvantages of harmonic drives is the existence of mechanical flexibility caused by its structural properties, which imposes great limitation on designing precise controller This paper proposes a nonlinear controller for synchronous operation of DC servo-motors with harmonic drive, using Integrator Backstepping method. Furthermore, an alternative algorithm for serial type synchronous operation of multiple DC servo-motors is proposed. Simulation results by SIMULINK for proposed controller shows considerably small error and rapid approach to reference input, which can be adapted to industrial applications.
This paper analyzes the torque characteristics with the structure of harmonic side drive motor using by F.E.M and conformal mapping method. F.E.M and conformal analysis result are almost same. Through the results, we investigate how do design parameters variation affect torque characteristics.
Harmonic drives have attracted increasing attention with the development of materials, parts, and related equipment. Harmonic drives exhibit high deceleration, high accuracy, and light weight. The stiffness of flexible splines according to the radial load is studied using a commercial FEM program to design the structure of the flexible spline and finite element to improve the weight and price competitiveness of harmonic drives. In addition, several studies have measured and compared friction coefficients based on 3D printed tread patterns. However, owing to the characteristics of plastic materials, a decrease in stiffness in the radial direction is inevitable. To prevent a decrease in stiffness in the radial direction, we designed and manufactured flex splines with a wrinkle shape. Through structural analysis, the reaction force and stiffness in the radial direction were determined. In addition, the maximum angle of the mound was derived by theoretical calculations, and the performance of the harmonic drive was compared with the results obtained in the mound experiment. Structural analysis shows that the shape of wrinkles decreased the stress and reaction force and increased the safety factor in comparison with that of the circular shape. During performance verification through continuous experiments, the developed harmonic drive showed continuous performance similar to that of an actual tank model. It is expected that the flex spline with a compliant spring and wrinkle shape will prevent a decrease in the radial stiffness.
Recently, the speed reducer which is applied to robot has conducted a steady development on developments in the field of robotics. Among them, Harmonic drive is a high-stiffness, precision-controlled speed reducer and has high precision, compact, light in weight and high-reduction-ratio characteristics. The feature of flexspline of Harmonic Drive are two types. One is Cup type, the other is Silk Hat type. Silk Hat type is used in case of lighter and more compact in spatial because Silk Hat Type is hollow. According to the shape of silk hat, diaphragm is fractured because stress is concentrated. In this paper, the various shapes of silk hat are suggested to improve the durability of silk hat. And in the case of each shape, a study on stress and deformation using the FEM tool was carried out on flexspline.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.709-715
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2011
Harmonic drives have been widely used in combination with joint torque sensors in order to facilitate accurate manipulator control. A harmonic drive causes a torque ripple because of its structural characteristics, and this torque ripple tends to deteriorate the performance of a controller or observer that uses torque sensors. This paper proposes a switching notch filter for reducing the torque ripple caused by a harmonic drive in a joint torque sensor; the functioning of this filter is based on the relationship between the frequency components of the torque ripple and the rotational velocity of the harmonic drive. The proposed switching notch filter is advantageous in that it requires less computational load and does not necessitate additional circuits or structures. Various experiments demonstrate that the proposed filter has good filtering performance, fast response, and good switching stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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