工业机器人关键零部件之谐波减速器.docx

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1、工业机器人关键零部件之谐波减速器工业机器人关键零部件之谐波减速器导语：谐波传动是50年代中期随着空间科学技术的开展在薄壳弹性变形理论根底上开展起来的一种新型传动。该传动的根本原理由美国结合制鞋公司研究参谋C.WaltMusser(19091998)于1955年提出。谐波传动是50年代中期随着空间科学技术的开展在薄壳弹性变形理论根底上开展起来的一种新型传动。该传动的根本原理由美国结合制鞋公司研究参谋C.WaltMusser(19091998)于1955年提出。1960年，C.WaltMusser在发表于美国机械设计杂志的论文中使用了HarmonicDrive一词，中文翻译为谐波传动或者谐波齿轮传

2、动。谐波减速器的根本概念谐波减速器主要由波发生器、柔性齿轮、刚性齿轮、柔性轴承、穿插滚子轴承等五个根本构件组成，是一种靠波发生器装配上柔性轴承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。谐波齿轮传动减速器是利用行星齿轮传动原理开展起来的一种新型减速器。一般来讲，谐波减速器消费厂家主要消费三个根本构件：1带有内齿圈的刚性齿轮刚轮，它相当于行星系中的中心轮；2带有外齿圈的柔性齿轮柔轮，它相当于行星齿轮；3波发生器，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。波发生器是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁互相压紧。柔

3、轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿那么与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进展，进而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。在传动经过中，波发生器转一周，柔轮上某点变形

4、的循环次数称为波数，以n表示。常用的是双波，双波传动的柔轮应力较小，构造比拟简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一种。谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的齿距一样，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差即是波数，即z2z1=n，式中z2、z1-分别为刚轮与柔轮的齿数。当刚轮固定、发生器主动、柔轮从动时，谐波齿轮传动的传动比为i=-z1/(z2-z1)，双波传动中，z2z1=2，柔轮齿数很多。由此可看出，谐波减速器可获得很大的传动比，其主要特点如下：1承载才能高谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数重叠系数比拟多，因此单位面积载荷小，承载才能较其他传动形式高。2传动比大，双级谐波齿轮传动

5、的传动比，可达i=30320。3体积小、重量轻。4传动效率高、寿命长。5传动平稳、无冲击，无噪音，运动精度高。6由于柔轮承受较大的交变载荷，因此对柔轮材料的抗疲惫强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂。下列图展示了山卓谐波减速器标准筒构造的技术参数：在第二届国际机器人检测认证顶峰论坛上，山卓谐波减速器成为经过国家机器人检测与评定中心广州认定的唯逐一家传动误差到达国标A级的谐波减速器消费厂家。柔轮及刚轮齿形设计谐波齿轮在角度传动精度、强度、刚度等方面具有极高要求，而要实现这些高性能要求，齿形设计至关重要，首先需要建立共轭齿廓模型，可以采用曲线映射理论来建模，如下列图所示。由于计算复杂，同时需要考虑

6、到复杂的受力情况，山卓谐波减速器引入了国际知名谐波减速器齿轮设计软件，进而加速了产品研发，缩短了产品定型时间。山卓谐波减速器SZ-HS-4-50-I柔轮刚轮齿形如下：同时，也可计算刚轮柔轮的受力情况。山卓谐波减速器SZ-HS-32-100-I刚轮FEM分析如下列图：山卓谐波减速器SZ-HS-32-100-I柔轮FEM分析如下列图：综上所述，国际知名谐波减速器齿轮设计软件的引进可以减少设计风险，加快了国产谐波减速器追赶国际领先品牌的速度。在此同时，也大大降低了谐波减速器设计工程师的工作量，使其有更多时间做一些前瞻性的研发。关键消费工艺的控制山卓谐波减速器主要消费工艺有：1.浇铸毛坯件2.热处理时

7、效3.粗车4.旋压5.热处理6.精车7.热处理8.精车9.研磨10.齿形加工11.齿形修形12.清洗13.特殊热处理14.去应力15.清洗16.组装17.测试。主要需求设备：车床，旋压机，真空炉，滚齿机，磨齿机，插齿机，热处理炉，谐波专业测试台等。其中，主要机加工设备全部由日本进口，选用的是日本哈默那科使用的同款加工机型。怎样保证消费出来的谐波减速器品质的一致性，是摆在各谐波减速器消费厂商的一大难题，山卓谐波减速器十分引进了谐波专业测试台，每一批次的产品会抽检，假如有产品技术数据超出了厂标范围，那么会封存此批产品，甚至报废处理。谐波专业测试台如下：专业的检测设备，可以长期追踪每一批次产品的技术

8、数据，进而进步产品的质量程度，山卓谐波减速器SZ-HS-20-50-I的传动精度如下列图：通过引进先进的消费设备和检测设备，深圳市山卓谐波传动科技有限公司可以提供稳定的传动精度国标A级谐波减速器，进而成为具有强大竞争力的国产工业机器人核心零部件供给厂商。安装及售后效劳的重点国产谐波减速器由于开展时间短，客户认可度不高，导致各厂家的安装及售后效劳负担重，任务紧，我们以为要加强对用户的引导。选型，除了对扭矩的计算，连接方式的选择外，还要针对客户的一些特殊要求做出调整，下面以山卓谐波减速器对某大型光伏设备消费商就某机器的谐波减速器选型建议：此机器轴向负载为400-600KGF，以前选用的为类似HD的

9、CSD-32-50-2UH,轴向负载Fa为3210N，无法到达要求，应该选用CSD-32-100-2UF才能知足该机器的要求，HD技术数据如下：另外，我们也应该对谐波减速器的安装向用户提出详细的指导意见，如山卓谐波减速器对某大型光伏设备消费商提出的安装意见：假如由于现场条件困难，无法旋转装入波发生器，请接好伺服马达电源线，在机器上设置转速为30RPM左右，手持马达后部均匀装入波发生器。进而防止因用户安装不当引起的功能故障。参考文献：沈允文，叶庆泰谐波齿轮传动的理论和设计M北京：机械工业出版社，1985MH伊万诺夫，沈允文，李克美谐波齿轮传动M北京：国防工业出版社，1987HarmonicDriveReducerforprecisioncontrolGeneralcatalog,2017