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为何要选择机器人减速机？超高精密度保证质量

机器人相信很多人都有听说过，现在只有与机器人挂钩，在人们看来都是非常高级的一件事，这也导致机器人减速机受到很多人的关注。

2021-06-21

摘要作为二十世纪中期机械传动领域的又一重大突破，谐波齿轮传动是一种出现在弹性薄壳理论基础上的新型的传动技术。其传动原理与普通齿轮传动相比有本质的区别，它属于柔性传动方式，通过利用机械波控制柔性齿轮的弹性变形来传递运动和动力。作为二十世纪中期机械传动领域的又一重大突破，谐波齿轮传动是一种出现在弹性薄壳理论基础上的新型的传动技术。其传动原理与普通齿轮传动相比有本质的区别，它属于柔性传动方式，通过利用机械波控制柔性齿轮的弹性变形来传递运动和动力。　　与普通减速机相比，谐波减速机具有如下优点：相同传动比的减速机，谐波减速机的零件减少50%，体积和重量也均减少1/3左右；传动比范围比普通减速机大，由于同时啮合的齿数较多，可达30-50%，故大大提高了其承载能力及传动平稳性；功率范围从几瓦至几十千瓦不等，无冲击且噪声小；同轴性好，运动精度也较高，具有较高的传动效率，约为65%—96%；谐波减速机可实现向密闭空间，如密封谐波传动减速装置传递运动及动力，驱动那些工作在真空、含腐蚀性及其它有害介质的空间机构，这一独特优点是其它传动机构难以比拟的优势；除此之外，谐波传动还可用于实现诸如手摇发电机、风力发电机等高增速运动，以及方便的实现差速传动。　　在减速机市场，哈默纳科占据了国际市场的大部分份额，而哈默纳科的谐波减速机系列，不仅畅销欧美市场，在中国市场更是拥有广泛的拥趸，在用户中颇具口碑，尤其是在对可靠性要求极高的工业机器人领域应用甚广，并在半导体液晶生产设备、医疗器械、光学仪器、印刷机械等诸多行业尽显优势。　　当然，国产机器人企业也在奋力追赶中，涌现出了像绿的谐波、北京中技克美、北京谐波传动、浙江来福谐波等企业，其中，绿的谐波的谐波减速机在国内机器人谐波减速机市场的渗透率超过80%，市场占有率超过50%。　　那么在技术创新上面，和哈默纳科相比较，国产谐波减速机都有哪些技术上的不同？国内外减速机都有哪些各自的特点？　　在此之前我们先来了解一下谐波减速机的工作原理：谐波减速机仅由3个基本部件构成：柔轮、波发生器和刚轮。柔轮的外径略小于刚轮的内径，通常柔轮比刚轮少2个齿，波发生器的椭圆型形状决定了柔轮和刚轮的齿接触点分布在介于椭圆中心的两个对立面，波发生器转动的过程中，柔轮和刚轮齿接触部分开始啮合，波发生器每正时针旋转180°，柔轮就相当于钢轮逆时针旋转1个齿数差，在180°对称的两处，全部齿数的30%以上同时啮合，这也造就了其高转矩传送。　　创新技术关键词一：齿形的设计　　通过对比我们发现，国产的减速器包括绿的和来福谐波都强调了齿形的设计，据来福谐波董事长张杰介绍齿形是各家都不一样，这也是谐波减速器的差异化所在。　　在微型谐波传动领域，哈默纳科于2005年向市场推出了“P”齿形，目前开发出了MHD8和MHD10两个系列的产品，外径最小为8mm，采用行星齿轮传动式波发生器，传动比为160、500和1000，质量最小为2.2g，重复精度可达10弧秒。　　在谐波齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可以有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。哈默纳科的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但是到1990年代初期已经基本完善。目前，哈默纳科的谐波产品有十几个类型，二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S”的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。　　在齿形的设计上面，绿的谐波跳出了传统以 Willis 定理为基础的渐开线齿轮设计，应用全新的齿形设计理论，设计出非共轭的谐波啮合齿形，可以在大幅提高谐波减速机使用寿命的前提下，提高其输出效率和扭矩承受能力。与国外同类产品齿形比较，全新的谐波啮合齿形“P 型齿”克服了以往谐波啮合齿形的缺点，通过一系列创新性的改进措施，能极大提高柔轮的使用寿命。　　而浙江来福谐波谐波减速机采用的是δ齿形，该齿形是根据谐波的啮合传动特点，运用特殊的数学工具，在双圆弧齿形的基础上，结合国内外其它产品的相关齿形设计而成的。它具有接触应力小、寿命长、啮合性能好、噪音低、工作平稳的特点。同时，根据特定的工作要求，可很方便地设计出具有针对性应用的齿形。　　创新关键词二：柔轮的设计和处理工艺　　柔轮的成型工艺是整个谐波减速器的中技术难点最大的，也是很多企业攥在手上的技术机密；而柔轮和钢轮的材料、材质和热处理是也是减速机需要突破的技术难关。　　据悉，北京中技克美XB1系列(GB/T14118-93) XBI系列是谐波传动减速器中是最常见，也是使用最广泛的一类，其主要结构特点是采用杯状柔轮，刚轮比柔轮多两个齿。　　根据不同的应用需求，北京中技克美还研制出了一系列的谐波减速机，XB3系列 XB3系列为扁平式，采用齿环柔轮，和两个刚轮，其中输入刚轮比柔轮多两个齿，输出刚轮的齿数与柔轮的相同，整体轴向尺寸较短，适用于轴向尺寸较受限制的场合；XBF系列 XBF系列中包括XBF2和XBF3系列，均为相位调节器用谐波传动减速器系列，多用于印刷包装机械之中，其结构是采用齿环柔轮、双排柔轮轴承；XB2系列 XB2系列即速比在2000——100000范围内的内啮复波谐传动减速器，其主要特点是传动比特别大，采用双排齿环形柔轮，双排柔性轴承结构；R系列 R系列谐波传动减速器是高精度谐波传动产品，其外形及安装与XB1系列相同，但精度较高(空回及运动误差均小于3′ )。　　除了形状之外，柔轮的材料和处理工艺也是影响波发生器性能的因素，日本哈默纳科来谐波减速机在柔轮材料上使用疲劳强度大的特殊钢，与普通的传动装置不同，同时啮合的齿数占总齿数的约30%，而且是面接触，因此使得每个齿轮所承受的压力变小，可获得很高的转矩容量。其超短杯型号CSD和SHD，柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。　　此外，哈默纳科采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻，其轻量化谐波传动产品系列在航空航天和机器人领域的应用日益广泛。　　而浙江来福谐波根据柔轮的工作特点，研制了特殊的柔轮材料，经过特殊的光整强化处理，处理后的柔轮具有很高的疲劳强度和疲劳寿命。　　创新技术关键词三：波发生器的疲劳性能　　由谐波齿轮减速机工作原理及组成可知，波发生器是谐波齿轮减速机中的关键部件之一，其主要元件包括柔性薄壁轴承和波发生器凸轮。柔性轴承是波发生器的核心部件，在工作中，柔性轴承通过其弹性变形使减速机达到高减速比的性能要求，在循环交变载荷作用下极易发生疲劳失效，其疲劳寿命决定着波发生器的寿命，进而决定着整个减速机的使用寿命。　　影响零部件疲劳性能的因素有很多，主要包括尺寸、表面形状、平均应力等。通常可通过选择合适的材料、结构的改进、尺寸大小的优化、表面强化处理、表面防护措施的添加、改进加工方式等方法提高零部件的疲劳性能。　　据悉，凸轮式柔性波发生器能全面控制柔轮变形，承载能力大，刚度好，适于标准化批量生产，日本哈默纳科就是采用IH齿形谐波减速机就是采用了余弦凸轮波发生器；而双滚轮式波发生器结构简单，但承载能力低，适于单件生产。　　柔性轴承作为波发生器的核心部件，其使用寿命决定了减速机的使用寿命，因此柔性轴承的润滑技术的创新显得尤为重要，谐波减速机是油脂润滑，不像使用油润滑的RV减速机，只要油换的勤一点，寿命就长，谐波减速机可以说是一次性产品，使用了之后坏了就是坏了，这也是谐波减速机相比较其它类型的减速机的劣势所在。　　来福谐波根据谐波减速器的工作特点，研制开发了特种润滑油脂，它具有优异的润滑性和抗极压性。　　而北京中技克美研制成功了世界领先技术的全固体润滑谐波传动减速机，在低速轻载传动的固体固体润滑谐波传动取得了成功，解决了在真空环境下普通的谐波减速机发热引起柔轮断裂的问题。

2021-05-06

谐波减速器资讯

减速器是工业机器人关键部件工业机器人的研发、制造与应用是衡量一个国家科技创新和高端制造实力与水平的重要标志。工业机器人主要由减速器、伺服电机及控制系统三大核心部件组成，精密减速器是工业机器人中最关键的功能部件，也是目前制约我国机器人产业发展的瓶颈之一。 “打个比方，如果把工业机器人当成人的手臂，减速器就是手臂的关节。”王家序说，减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。工业机器人需要高强度重复运动，关节的好坏就决定了工业机器人动力传动与运动变换的精度、可靠性和使用寿命。在机器人的总成本中，减速器的成本占到了三成以上。工业机器人关节主要有RV减速器和谐波减速器两种。长期以来RV减速器一度被日本的纳博特斯克公司垄断，谐波减速器一度被日本的哈默那科公司垄断，严重制约了国产工业机器人的产业发展。与机械传动打了一辈子交道的王家序，一直以敢闯敢拼闻名。面对国产机器人发展急需的精密减速器，一直从事减速器研究的他，2005年带领团队开始了科研攻关，瞄准的是高可靠精密谐波减速器。王家序说，谐波减速器具有体积小、质量轻、传动比高、精密度高等优势，在轻负载精密减速器领域占有主导地位，不过谐波减速器技术壁垒高，要实现谐波减速器的自主研发和国产化，就要突破齿形设计、材料、加工技术、测试评价等方面的关键技术瓶颈。提升我国机器人核心竞争力在机械传动国家重点实验室，记者看到应用了重庆大学自主研发的谐波减速器的机器人。“它已经在这里运转了6000小时，精准度和使用寿命达到日本同类机器人水平。”王家序解释说，谐波传动通过薄壁柔轮变形使齿轮分度圆变成椭圆实现多齿啮合，从而提高传动高精度、刚度与承载能力。谐波减速器柔轮的高弹性变形特性使得啮合齿形的精确设计与修形十分困难，齿面易产生磨损，精度保持性差。另外柔轮加工工艺性差，在周期交变应力左右下容易发生疲劳断裂，也使高精度与高刚度、高可靠之间的调控成为突出矛盾。因此，谐波传动实现多齿啮合的原理对设计及加工制造工艺提出了非常苛刻的技术要求，这也是制约国产谐波减速器性能提升的主要原因。针对上述问题，王家序带领团队根据国家重大需求，瞄准学科发展前沿，在长期坚实的研究基础上，通过啮合原理、界面力学、传动摩擦学、系统动力学和材料科学等多学科创新优化设计研究，系统攻克了精密谐波减速器设计、制造、测试、试验评价技术，建立了共轭参数驱动的圆弧齿廓谐波传动设计、分析与测试评价体系，成功研制出短杯、超短杯和礼帽型的全系列高可靠精密谐波减速器。形成了3万台套以上的谐波减速器年生产规模，完成了近1万台套的谐波减速器销售规模。高可靠精密谐波减速器产品已推广应用于工业机器人，卫星指向机构、扫描机构、展开机构、控制力矩陀螺等空间机构，以及无人机等装备。经过专家组验收认定，该项目攻克了谐波减速器这一工业机器人核心基础部件的设计、制造、测试、试验评价以及批量生产、装配过程中产品可靠性和一致性等关键共性技术，形成了具有自主知识产权并达到国际先进水平的高精度、高刚度、高可靠、长寿命、高效率、低噪声、高功率密度的机器人谐波减速器。为提高我国企业自主创新能力，大跨度地提高国产工业机器人技术水平，提升我国工业机器人核心竞争力，满足我国先进制造和战略新兴产业等工程领域对国产机器人产业化发展的重大需求提供了关键技术条件支撑。

2021-04-29

谐波减速机的应用领域

谐波传动是一种靠波超声波发生器使软性传动齿轮造成可控性的延展性形变波保持健身运动驱动力传送的传动。谐波减速器问世于上新世纪美苏市场检测時期,关键是以便处理航天工程健身运动组织对结构紧凑、品质轻、重量轻而传动比大、传动速度快、传动高精度的减速机的急切要求。谐波齿轮传动基本原理是原苏联技术工程师A.摩察尤唯金于1947年初次明确提出,而英国的C.WaltonMusser依据室内空间运用要求于1953年创造发明了谐波减速器,并且于1955年得到美国专利,1960年在纽约市展览谐波减速器商品。谐波减速器三大件 1961年谐波降速引进我国,中国刚开始在谐波减速器的设计方案、生产制造和运用层面进行了科学研究。谐波减速器的构成如图已知1图示,包括刚轮、柔轮和波超声波发生器等三个构件构成。室内空间谐波减速器科学研究现况现阶段,英国、日本国和法国等航天工业大国均有主要从事室内空间谐波生产制造和科学研究的研究室及企业。更为知名的是HD企业,以便解决航天工程四轴飞行器对室内空间谐波减速器的运用要求,开设了主要从事室内空间谐波减速器的科学研究单位,并开发设计出了通用化的航天工程用谐波减速器。现阶段,HD企业已变成全世界谐波齿轮传动最知名的制造商,且进行了谐波齿轮传动的标椎化、通用化工作中。现阶段,谐波传动装置有限责任公司研发的双弧形齿廓商品中的稍短杯型号规格CSD和SHD,其柔轮长短仅有基本谐波传动柔轮的1/3,既提升传动弯曲刚度,又大幅度缓解了谐波减速器品质。20新世纪90时代至今,美国、荷兰、法国、法国、德国等欧洲各国除开在智能机器人和数控车床等行业很多应用谐波传动外,也刚开始在通讯卫星等室内空间组织进行了室内空间谐波传动的设计方案和运用科学研究。因而,殴美在谐波减速器的设计方案、生产制造、应用及室内空间润化等层面累积了丰富多彩的工作经验和基础理论基本在我国谐波传动技术性的发展趋势最开始能够上溯20新世纪60时代初。1961年上海市纺织品科学院将这一技术性引进在我国,最开始仅仅用以国防和航天工程等层面,直至20新世纪80时代才慢慢刚开始民用型。现阶段,我国中国航天工程运用的谐波减速器关键来源于于北京市中技克美企业,该企业研发生产制造的谐波减速器早已被运用于神舟飞船及其“玉兔”号月球车等多型号规格室内空间四轴飞行器。该企业在室内空间谐波减速器的研发和运用层面处在中国领先水平。玉兔号月球车伴随着空间机器人,航天工程、航空公司四轴飞行器,及其医用机器人和核电厂制造行业的迅速发展趋势,对谐波减速器的运用明确提出了更为严苛的规定,特别是在是对谐波减速器的容积、品质和传动精密度等指标值。因而,小变位系数高精密短筒柔轮谐波减速器是谐波传动的发展趋向

2021-04-27

行星减速机、RV减速机、谐波减速机它们的区别是什么？

行星减速机、RV减速机、谐波减速机它们的区别是什么？一、行星减速机是一种工业产品，行星减速机是一种传达机构，其结构由一个内齿环紧密结合於齿箱壳体上，环齿中心有一个自外部动力所驱动之太阳齿轮，介於两者之间有一组由三颗齿轮等分组合於托盘上之行星齿轮组，该组行星齿轮依靠著出力轴、内齿环及太阳齿支撑浮游於期间；当入力侧动力驱动太阳齿时，可带动行星齿轮自转，并依循著内齿环之轨迹沿著中心公转，行星之旋转带动连结於托盘之出力轴输出动力。利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在用于传递动力与运动的减速机机构中，行星减速机属精密型减速机，例如深圳东马机电的PGM行星减速机、湖北行星减速机等等。减速比可精确到0.1转-0.5转/分钟。二、RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。日益受到国内外的广泛关注。RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势三、谐波减速机主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，谐波传动减速器，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。行星减速机、RV减速机、谐波减速机的工作原理不同，传动方式也不同，应用行业也有所区别

2021-04-26

影响谐波减速机寿命因素

影响减速机寿命的因素有很多，谐波减速机中齿轮很是关键。首先谐波减速机齿轮材料的选择：齿轮应按照使用的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的选择对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。一般齿轮选用中碳钢(如45钢) 和低、中碳合金钢，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。要求较高的重要齿轮可选用38CrMoAlA氮化钢，非传力齿轮也可以用铸铁、夹布胶木或尼龙等材料。其次，齿轮的热处理，齿轮加工中根据不同的目的，安排两种热处理工序： 1)毛坯热处理：在齿坯加工前后安排预先热处理正火或调质，其主要目的是消除锻造及粗加工引起的残余应力、改善材料的可切削性和提高综合力学性能。 2)齿面热处理：齿形加工后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。第三，齿轮毛坯：齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求低的齿轮。当齿轮要求强度高、耐磨和耐冲击时，多用锻件，直径大于400~600mm的齿轮，常用铸造毛坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂的齿轮，可用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率、节约原材料。

2021-04-24

深圳市鸿汇科技中空谐波减速机结构理论

随着智能装备制造业的发展,我国已经连续四年成为世界第一大工业机器人市场。作为机器人核心零部件的精密减速器的市场需求量巨大。中空型谐波齿轮减速器结构紧凑、传动精度高、便于机器人内部穿线,因而在机器人领域的应用愈加广泛,但是目前对其性能参数的设计研究却相对匮乏。为此,论文以中空礼帽型谐波齿轮减速器为研究对象,研究分析该类型谐波传动的参数设计及优化方法。论文首先根据谐波传动的设计准则和经验公式,参考现有礼帽型谐波传动结构,初步设计中空礼帽型谐波传动的结构参数,确定柔轮主要结构参数的取值范围;继而,以渐开线为柔轮基准齿形,通过考虑柔轮弹性变形的包络法求解刚轮理论共轭齿廓,通过简化的拟合逼近优化算法求解获得符合啮合精度要求的刚轮渐开线齿廓,并运用matlab对刚柔轮啮合运动进行仿真,分析刚柔轮啮合性能;然后,探讨波发生器作用下柔轮轮齿偏斜现象形成原因及其对刚柔轮轮齿啮合的影响,在此基础上,分别设计刚轮齿圈不同截面的齿廓形状,获得刚轮三维齿廓;最后,运用ABAQUSE软件分析礼帽型柔轮在空载和负载两种状态下的应力分布情况,确定最大应力的位置,通过正交试验研究礼帽型柔轮主要结构参数对柔轮最大应力的影响程度,并利用ISIGHT软件优化设计礼帽型柔轮结构参数,获得空载和负载两种状态下最大应力最小的结构参数

2021-04-24