1 谐波减速机 1.1 谐波减速机的传动原理 谐 波 传 动(Harmonic Drive) 由 美 国 发 明 家 C.WaltMusser 马瑟于上世纪 50 年代中期发明创造,具有其他传动所不具备的特点。谐波传动应用金属弹性力学的独创动作原理和 3 个基本部件(波发生器、柔轮、刚轮)构成精密控制用减速机。 谐波传动做为减速器使用,通常采用波发生器主动,刚轮固定、柔轮输出的形式。 当波发生器装入柔轮内圆时,迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状,其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的齿槽内,成为完全啮合状态;而其短轴处两轮轮齿完全不接触,处于脱开状态。从啮合到脱开的过程则处于啮出或者啮入状态。 当波发生器连续转动时,迫使柔轮不断发生变形,使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态,产生了所谓的错齿运动,从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。 1.2 谐波减速机特点 1)精度高。 多齿在两个 180°对称位置同时啮合,因此齿轮齿距误差和累计齿距误差对旋转精度的影响较为平均,可得到极高的位置精度和旋转精度。 2)传动比大。 单级谐波齿轮传动的传动比可达 30-500,且结构简单,三个在同轴上的基本零部件就可实现高减速比。 3)承载能力强。 在谐波传动中,齿与齿的啮合是面接触,加上同时啮合齿数比较多,因而单位面积载荷小,承载能力较其他传动形式高。 4)体积小、重量轻。 相比普通的齿轮装置,该齿轮结构体积和重量可以大幅降低,实现小型化、轻量化。 5)传动效率高、寿命长。 6)传动平稳、无冲击、噪声小。 1.3 谐波减速机 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。 “P 型齿”优点包括: 1)齿高较低,不需要很深的啮合距离就可以获得较大的啮合量,可承受较大的扭矩; 2)齿宽较大,齿根弧度亦大,可减少发生断裂失效的风险; 3)所需柔轮变形量较小,可使柔轮的寿命得到很大提高; 4)20%-30% 的齿参与啮合,齿面比压较小。 在性能参数上,谐波减速 机的优势包括: 1)承载扭矩大幅提升,是国内同类产品的 2 倍以上,极限载荷优于国外知名品牌; 2)体积小,重量轻,体积是国内同类产品的 1/2 以下; 3)高效率、低背隙、可实现零误差精确传动; 4)超长工作寿命,极限载荷寿命是国外知名品牌的4 倍以上; 5)可以获得超稳定的低频输出特性,对于有精密点位控制要求和稳定性的焊接机器人具有重要意义。 2.1 细节设计 1) 波发生器轴向定位严密。 2)谐波减速机应注意避免干涉 ① 避免柔轮在发生弹性变形时与相配零件干涉。 ② 注意安装螺钉长度,防止因螺钉过长干涉柔轮。 3)谐波减速机本体上的螺钉不能拆卸。 4)注意谐波减速机润滑与密封。 5)注意谐波减速机相配零件的形位公差。 ① 与减速机连接固定的安装平面形位公差为:平面度 0.01mm、垂直度 0.01mm,螺纹孔或者通孔位置度 0.1mm。 ② 尽量减少需相配合零件的数量,防止尺寸链过长产生的累计误差。 6)确认减速机齿面及柔性轴承部分始终保持充分润滑。不建议齿面始终朝上使用,会影响润滑效果。如果出现齿面始终朝上的情况,腔体内的油位必须超过啮合齿面,保证齿部和柔性轴承的有效润滑。 7)过渡法兰止口公差配合。 2.2 加工工艺要求 谐波减速机对回转轴线的倾斜非常敏感,故加工时必须考虑合适的工艺方案,尤其要保证相应的形位公差。 2.3 装配工艺要求 2.3.1 装配环境要求 谐波减速机必须在足够清洁的环境下安装,安装过程中不能有任何异物进入减速机内部,以免使用过程中造成减速机的损坏。 2.3.2 装配工具 包括相应规格的扭矩扳手、定量加油器具、无尘纸、螺纹胶等。 2.3.3 装配要点 在柔性轴承、柔轮内壁上均匀涂抹谐波专业润滑脂,再进行安装。将 电 机 以 100r/min 的速度开动,以十字交叉的方式锁紧电机过渡法兰,以 4-5 次均等递增加力至螺钉对应锁紧。 3 结语 谐波减速机做为一种开式减速机,其应用涉及到产品的设计、制造、装配的全过程。它不仅对设计者、生产制造者,也对装配者提出了诸多要求。任何一个环节如未能得到有效控制,都将影响谐波减速机的应用。 谐波减速机轴承作为一种精密类减速机里面配套的轴承,因其小体积、大速比、大扭矩被广泛应用于 SCARA 机器人。本文就一种典型的 SCARA 机器人的机械结构在设计、制造、装配过程中所采取的措施进行探讨,展示谐波减速机的安装与使用。 更多谐波减速机轴承产品系列、型号、参数、图片等资料请查阅:谐波减速器轴承型号结构谐波减速机轴承 |
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