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harmonic gear drive諧波減速器的特點(diǎn)和應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2017-04-18

harmonic gear drive諧波減速器的特點(diǎn)和應(yīng)用

諧波減速機(jī).png

傳動(dòng)原理圖示出一種最簡(jiǎn)單的諧波傳動(dòng)減速器基本結(jié)構(gòu)

最簡(jiǎn)單的諧波減速器它主要由三個(gè)基本構(gòu)件組成:(1)帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪(剛輪),它相當(dāng)于行星系中的中心輪; (2)帶有外齒圈的柔性齒輪(柔輪),它相當(dāng)于行星齒輪;(3)波發(fā)生器H,它相當(dāng)于行星架。作為減速器使用,通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、鋼輪固定、柔輪輸出形式。 波發(fā)生器H是一個(gè)桿狀部件,其兩端裝有滾動(dòng)軸承構(gòu)成滾輪,與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪,其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長(zhǎng)。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪后,迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形,其長(zhǎng)軸兩端附近的齒與鋼輪的齒輪完全嚙合,而短軸兩端附近的齒則與鋼輪完全脫開。周長(zhǎng)上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過(guò)渡狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),柔輪的變形不斷改變,使柔輪與鋼輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變,由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……,周而復(fù)始地進(jìn)行,從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)鋼輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。 工作時(shí),固定鋼輪,由電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng),柔輪作為從動(dòng)輪,輸出轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。 在傳動(dòng)過(guò)程中,波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周,柔輪上某點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù),以 n 表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動(dòng)的柔輪應(yīng)力較小,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,易于獲得大的傳動(dòng)比。故為目前應(yīng)用最廣的一種。 諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪和鋼輪的周節(jié)相同,但齒數(shù)不等,通常采用鋼輪與柔輪齒數(shù)差等于波數(shù),即z2-z1=n式中 z2、z1--分別為鋼輪與柔輪的齒數(shù)。 當(dāng)鋼輪固定、發(fā)生器主動(dòng)、柔輪從動(dòng)時(shí),諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 i=-z1/(z2-z1)雙波傳動(dòng)中,z2-z1=2,柔輪齒數(shù)很多。上式負(fù)號(hào)表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。由此可看出,諧波減速器可獲得很大的傳動(dòng)比。

諧波減速機(jī)特點(diǎn)

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。

諧波齒輪傳動(dòng)的主要構(gòu)件只有三個(gè),波發(fā)生器、柔輪、剛輪。它與傳動(dòng)比相當(dāng)?shù)钠胀?span style=";color: black">減速器比較,其零件減少50%,體積和重量均減少1/3左右或更多。

2.傳動(dòng)比范圍大

單級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在50—300之間,優(yōu)選在75—250之間

雙級(jí)諧波減速器傳動(dòng)比可在3000—60000之間

復(fù)波諧波減速器傳動(dòng)比可在200—140000之間。

3.同時(shí)嚙合的齒數(shù)多。

雙波諧波減速器同時(shí)嚙合的齒數(shù)可達(dá)30%甚至更多些。而在普通齒輪傳動(dòng)中,同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有2—7%,對(duì)于直齒圓柱漸開線齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有1—2對(duì)。正是由于同時(shí)嚙合齒數(shù)多這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),使諧波傳動(dòng)的精度高,齒的承載能力大,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大速比、小體積。

4.承載能力大。

諧波齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多,即承受載荷的齒數(shù)多,在材料和速比相同的情況下,受載能力要大大超過(guò)其它傳動(dòng)。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦。

5.運(yùn)動(dòng)精度高。

由于多齒嚙合,一般情況下,諧波齒輪與相同精度的普通齒輪相比,其運(yùn)動(dòng)精度能提高四倍左右。

6.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)

無(wú)沖擊、噪聲小。齒的嚙入、嚙出是隨著柔輪的變形,逐漸進(jìn)入和逐漸退出剛輪齒間的,嚙合過(guò)程中齒面接觸,滑移速度小,且無(wú)突然變化。

7.齒側(cè)間隙可以調(diào)整。

諧波齒輪傳動(dòng)在嚙合中,柔輪和剛輪齒之間主要取決于波發(fā)生器外形的最大尺寸,及兩齒輪的齒形尺寸,因此可以使傳動(dòng)的回差很小,某些情況甚至可以是零側(cè)間隙。

8.傳動(dòng)效率高。

與相同速比的其它傳動(dòng)相比,諧波傳動(dòng)由于運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量少,而且嚙合齒面的速度很低,因此效率很高,隨速比的不同(u=60-250),效率約在65—96%左右(諧波復(fù)波傳動(dòng)效率較低)齒面的磨損很小。

9.同軸性好。

諧波齒輪減速器的高速軸、低速軸位于同一軸線上。

10.可實(shí)現(xiàn)向密閉空間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。

采用密封柔輪諧波傳動(dòng)減速裝置,可以驅(qū)動(dòng)工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機(jī)構(gòu),諧波傳動(dòng)這一獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)難于達(dá)到的。

11.可實(shí)現(xiàn)高增速運(yùn)動(dòng)。

由于諧波齒輪傳動(dòng)的效率高及機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn),加之體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn),因此是理想的高增速裝置。12.方便的實(shí)現(xiàn)差速傳動(dòng)。

由于諧波齒輪傳動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件中,可以任意兩個(gè)主動(dòng)、第三個(gè)從動(dòng),那么如果讓波發(fā)生器、鋼輪主動(dòng),柔輪從動(dòng),就可以構(gòu)成一個(gè)差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),從而方便的實(shí)現(xiàn)快慢速工作狀況。

目前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的減速機(jī)主要有兩種,一種是RV減速器,另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中,由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度,一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置,而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。對(duì)于高精度機(jī)器人減速器,日本具備絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),目前全球機(jī)器人行業(yè)75%的精密減速機(jī)被日本的Nabtesco和Harmonic Drive兩家壟斷(業(yè)界俗稱RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)),包括ABB、FANUC、KUKA等國(guó)際主流機(jī)器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

相對(duì)高精度RV減速機(jī)而言,國(guó)內(nèi)諧波減速機(jī)研究、產(chǎn)業(yè)化有所看點(diǎn),盡管與日本產(chǎn)品在輸入轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)精度、傳動(dòng)效率等方面存在較大差距,但國(guó)內(nèi)已有可替代產(chǎn)品,如北京諧波傳動(dòng)所、蘇州綠的、中技克美等,目前中技克美對(duì)國(guó)內(nèi)部分整機(jī)廠家(如廣州數(shù)控)提供產(chǎn)品

諧波齒輪減速機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人,航空航天、能源、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、數(shù)控機(jī)床、儀表儀器、電子設(shè)備、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等裝備行業(yè)。


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