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RV减速器与谐波减速器

[ 发布日期:2019-07-08 17:59:16 点击:3236 来源:洛阳锐创轴承有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]

接触角40°斜保持器
RV76/115  131X145X11
RV76/87   97X113X9
RV76/97    97X120X13
RV76/144  144X174X15
RV76/182   182X214X17
RV76/131   131X165X15


为什么机器人要用RV减速器和谐波减速器?

我们常用的减速大致有下面几类:摆线减速器、硬齿面圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器、软齿面减速器。三环减速器、起重减速器。蜗杆减速器。轴装式硬齿面减速器,无变速器。而RV减速器和谐波减速器与上述减速器的区别在于,RV减速器是行星减速器和摆线减速器的组成个二减速器,谐波减速器则是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。这两种减速器相对与其他减速器而言,具有以下优势:(1)传动速比大,(2)承载能力高,(3)传动精度高,(4)传动率高、运动平稳,(5)结构简单。零件数少、安装方便,(6)体积小、重量轻。传统的齿轮减速器体积大。重量重。减速比小、传动率低,别是在无法消除多减速后的雷击误差,对于机器人在控制末精度要求甚高的工况下,目前只有RV和谐波减速器可以胜任。

RV减速器和谐波减速器的发展史

RV减速器的诞生

德人劳伦兹·勃朗于1926年创造性地提出了种少齿差行星传动机构,它是用外摆线作为齿廓曲线的,这就是早期的针摆线行星传动,由于两个啮合齿轮其中之采用了针轮的形式,这种传动也被称作摆线针轮行星齿轮传动。

RV传动是种新的传动方式,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、率高、传动平稳等系列有点。

1、1925年德人劳伦兹·勃朗创造性地提出RV减速器原理

2、1931年劳伦兹·勃朗在德慕尼黑创建了“赛古乐”股份有限公司,先开始了摆线减速器的制造和销售。

3、1939年,日本住友公司和“赛古乐”公司签订了技术合作协议,并生产销售;

4、1944年,日本人帝人精机成立,这个未来的RV减速机霸主,在飞机制造、纺织机械、机床等多个行业硕果累累;

5、1950年-1960年,摆线磨床的出现,解决了摆线齿形精度不高的难题,使摆线传动得到了进步的发展;

6、1956年,日本纳博克公司发售 球个自动门,在市场上崭露头角;

7、1980年左右,日本帝人精机提出RV传动理论,着手应用于机器人行业;

8、1986年,日本帝人精机RV减速器正式大规模生产,取得成功;

9、2003年,帝人精机和纳博克合并组成Nabtesco(纳博斯克)公司,并取得快速发展,现在已成为RV减速机行业的头羊,占据了60%以上的市场,别在中/重符合机器人上,其RV减速器市场占有率高达90%.

 

谐波减速器的诞生

20世纪50年代中期,随着球科学技术的发展,美人马瑟在薄壳弹性变形理论基础上,应用金属的挠性和弹性力学原理发明出来种新型谐波传动技术,谐波传动技术主要应用于航空航天、工业机器人、精密设备仪器、雷达通讯设备、印刷机械、纺织机械、半导体工业晶圆传送装置。印刷包装机械、医疗器械、金属成型机械、仪器仪表、光学制造仪器、核设施及空气动力实验研究等域。

谐波传动这项新型技术的出现便引起了的重视,1970年引入日本,随之诞生了日本家整体运动的军企业-日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)。日本HDSI公司生产的HarmonicDrive谐波减速器,具有轻量、小型、传动率高、减速范围广、精度高等点,被广泛应用于各种传动系统中,HDSI主要生产和销售各种精密减速装置,当之无愧为整体运动控制的军企业。为了涵盖谐波减速器不能覆盖到的低减速比域,HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速器HarmonicPlanetary。的内齿图形变工艺,可使行星齿轮啮合得更紧、消除背隙,从而将传动误差控制在精密范围内。HDSI初只是在其内发展 ,与之有着长久合作关系的有安川电机、三菱电机及发那科等企业。

近年来,中工业机器人产业进入新的历时机遇期,以ABB、KUKA、安川、发那科为代表的际机器人企业纷纷大举进入中,设立工厂,抢占市场份额。在中,如手机制造、半导体、液晶生产机械等行业,对小型机器人的需求也是越来越旺盛,然而对于内的工业机器人而言,别是谐波减速器、伺服电机、控制系统等还需大量依赖进口,这就导致了其竞争力还与外企业的差距,但是这些又是工业机器人的上游部件。关键部件。据际机器人联盟(IFR)统计,2012年中共进口工业机器人约2.2万台,中将是球增长快的工业机器人市场。HDSI的谐波减速器是小型工业机器人(20kg以下)或者关节臂上不可取代的部件,这为其拓展中大陆市场带来了新的契机。2011年1月,HDSI在华成立设立哈默纳科(上海)商贸有限公司,该公司为其在华投资设立的资销售子公司,主要负责HDSI产品在中大陆的销售、选型等技术支持及售后服务。

HDSI早期的产品主要是减速机等机械产品,时至今日,HDSI的主打产品又加上了众多的机电体化产品。在减速机方面,HDSI主要有HarmonicDrive(谐波齿轮传动减速机)和HarmonicPlanetary(行星齿轮减速机)。其生产HarmonicDrive谐波减速机,基本上主导了主要际市场,具有其他减速机也不具备的点:高旋转精度/高定位精度、小型/轻量、传动率高。高减速比、减速范围广、精度高。高转矩容量、无齿隙、高率及安静运行等点,被广泛应用于各种传动系统中。为了涵盖谐波减速机不能覆盖到的低减速比域,HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。的内齿圈形变工艺,可以使得行星齿轮啮合的更紧、消除背隙,从而将传动误差控制在精密范围内。

 

RV减速器和谐波减速器的机械结构

RV减速器的机械结构

RV减速器可以分为两部分,部分分为正齿轮减速机构,输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮,按齿数比进行减速。。二部分为差动齿轮减速机构,直齿轮与曲柄轴相联接,变位二减速部分的输入。在曲柄轴的偏心部分,通过滚动轴承安装RV齿轮。另外,在外壳内侧仅比RV齿轮数多个的针齿,以同等的齿距排列。如果固定外壳转动直齿轮,则RV齿轮由于曲柄轴的偏心运动也进行偏心运动,此时如果曲柄轴转动周,则RV齿轮就会沿曲柄轴相反的方向转动个齿。这个转动输出到2减速部的轴,将轴固定时,外壳侧成为输出侧


谐波减速器的机械结构

谐波减速器主要由三个基本构件组成:

(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H,它相当于行星架。

作为减速器使用,通常采用波发生器、钢轮固定、柔轮输出形式。

波发生器H是个杆状部件,其两装有滚动轴承构成滚轮,与柔轮1的内壁相互压紧,柔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,其长轴两附近的齿与钢轮的齿完啮合,而短轴两附近的齿则与钢轮完脱开。

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,使柔轮与钢轮的啮合状态也不断改变,由啮入、啮合、啮出、脱开、在啮入……,周而复始地进行,从而实现柔轮相对钢轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转,工作时,固定钢轮,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,在传动过程中,波发生器转周,柔轮上某点变形的循环次数称为波数,以n表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小,结构比较简单,易于获得大的传动比,故为目前应用广的种。

(1)         钢轮固定,柔轮输出

波发生器主动,单减速,结构简单,传动比范围较大,率较高,应用广,i=75-500.

(2)         柔轮固定,钢轮输出

波发生器主动,单减速,结构简单,传动比范围较大,率较高,可用于中小型减速器,i=75-500

(3)         波发生器固定,钢轮输出

柔轮主动,单微小减速,传动比准确,适用于高精度微调传动装置,i=1.002-1.015

RV减速器与谐波减速器的性能对比

RV减速器的性能

主要优点

(1)         传动比范围大;

(2)         扭转钢度大,输出机构即为两支撑的行星架,用行星架左的刚性大圆盘输出,大圆盘与工作机构用螺栓联接,其扭转钢度远大于般摆线针轮行星减速器的输出机构,在额定转矩下,弹性回差小;

(3)         只要设计合理,制造装配精度保证,就可获得高精度和小间隙回差‘

(4)         传动率高;

(5)         传递同样转矩与功率时的体积小(或者说单位体积的承载能力大),RV减速器由于用了三个行星轮,别是二,摆线针轮为硬齿面多齿啮合,这本身就决定了它可以用小的体积传递大的转矩,又加上结构设计中,让传动机构置于行星架的支撑主轴承内,使轴向尺寸大大缩小,所有上述因素使传动总体积大为 减小。

主要缺点

RV减速器的技术难点在于该部件需要保证传递很大的扭矩,承受很大的过载冲击,并保证预期的工作寿命,因而在设计上使用了过定位结构,这使得零件加工精度要求高,加工十分困难。

应用范围

RV系列涡轮减速机可广泛应用于冶金、矿山、输送、水利、化工、食品、饮料、纺织、烟草、包装、环保等众多行业和域工艺装备的机械减速装置,深受用户的好评,是目前现代工业装备实现大速比低噪音、高稳定机械减速传动控制装置的佳选择。别是对于工业机器人,机床加工台,焊接定位器,自动托盘,运输机械手,数控机床刀库,等需要精密定位又需要传递大扭矩的设备,RV减速器更是显现出来为可比拟的优势。

谐波减速器的性能

主要优点

(1)         传动速比大。单谐波齿轮传动速比范围为70-320,在某些装置中可达到1000,多传动速比可达30000以上。它不仅可用于减速,也可用于增速的场合。

(2)         承载能力高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多,双波传动同时啮合的齿数可达总齿数的30%以上,而且柔轮采用了高强度材料,齿与齿之间是面接触。

(3)         传动精度高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多,误差平均化,即多齿啮合对误差有相互补偿作用,故传动精度高,在齿轮精度等相同的情况下,传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。同时可采用微量改变波发生器的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小,甚至能做到无侧隙啮合,故谐波齿轮减速器传动,空程小,适用于反向转动。

(4)         传动率高,运动平稳。由于柔轮齿在传动过程中作均匀的径向移动,因此,即使输入速度很高。轮齿的相对滑移速度仍是低(故为普通渐开线齿轮传动的百分之),所以,齿轮磨损小,率高(可达69%-96%)又由于啮入和啮出时,齿轮的两侧都参加工作,因而无冲击现象,运动平稳。

(5)         机构简单、零件数少、安装方便。仅有三个基本构件,且输入与输出同轴线,所以结构简单,安装方便。

(6)         体积小、重量轻。与般减速机比较,输出力矩相同时,谐波齿轮减速机的体积可减小2/3,重量可减轻1/2.

(7)         可向密闭传递运动。利用柔轮的柔性点,轮传动的这可贵优点是现有其他传动无法比拟的

主要缺点

(1)         柔轮周期性地发生变形,因而产生交变应力,使之易于产生疲劳破坏。

(2)         转动惯量和起动力矩大,不宜用于小功率的跟踪传动。

(3)         不能用于传动速比小于35的场合。

(4)         采用滚子波发生器(自由变形波)的谐波传动,其瞬时传动比不是常数。

(5)         散热条件差


应用范围

谐波齿轮减速机在航空、航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械。机床。仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用,别是在高动态性能的伺服系统中,采用谐波齿轮传动更显示出其优越性能,它传递的功率从几十瓦到几十千瓦,但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场合


作为工业机器人核心零部件的精密减速器,与通用减速器相比,机器人用减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等点。

大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。

1、RV减速器和谐波减速器的原理和优劣势

RV减速器:

用于转矩大的机器人腿部腰部和肘部三个关节,负载大的工业机器人,二三轴都是用RV。相比谐波减速机,RV减速机的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速机具有更高的疲劳强度、刚度和寿命,不像谐波传动那样随着使用时间增长,运动精度会显著降低,其缺点是重量重,外形尺寸较大。


▲RV-E型减速器▲

谐波减速器:

用于负载小的工业机器人或大型机器人末几个轴,谐波减速器是谐波传动装置的种,谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括:刚轮、柔轮、轴承和波发生器三者,四者缺不可。其中,刚轮的齿数略大于柔轮的齿数。谐波减速机用于小型机器人点是体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高,单传动比大。


▲谐波减速器▲

两者都是少齿差啮合,不同的是谐波里的种关键齿轮是柔性的,它需要反复的高速变形,所以它比较脆弱,承载力和寿命都有限。RV通常是用摆线针轮,谐波以前都是用渐开线齿形,现在有部分厂家使用了双圆弧齿形,这种齿形比渐开线先进很多。

减速器的两巨头是Nabtesco和Hamonica Drive,他们几乎垄断了球的机器人用减速器。这两种减速器都是微米的加工精度,光这条在量产阶段可靠性高就很难了,更别说几千转的高速运转,而且还要高寿命。

谐波减速器由“柔轮、波发生器、刚轮、轴承”这四个基本部件构成。

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°,柔轮就相当于刚轮逆时针旋转1个齿数差。在180°对称的两处,部齿数的30%以上同时啮合,这也造就了其高转矩传送。

相比谐波减速器,RV传动是新兴起的种传动,它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的,不仅克服了般针摆传动的缺点,还具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、率高、传动平稳等系列优点。

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、卫星接收系统等域。

RV减速器的壳体和摆线针轮是通过实体的钢来发生传动的,因此承载能力强。而谐波减速器的柔轮可不断发生变形来传递扭矩,这点决定了谐波减速器承受大扭矩和冲击载荷的能力有限,因此般运用在前。


2、RV减速器和谐波减速器两者的优劣势

谐波减速器结构简单紧凑,适合于小型化、低、中载荷的应用。

RV减速器刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高,适合中、重载荷的应用,但RV减速器需要传递很大的扭矩,承受很大的过载冲击,保证预期的工作寿命,因而在设计上使用了相对复杂的过定位结构,制造工艺和成本控制难度较大。RV减速器内部没有弹性形变的受力元件,所以能够承受定扭矩。RV减速器的轴承是其薄弱环节,受力时很容易突破轴承受力限而导致轴承异常磨损或破裂。在高速运转时这个问题更突出,所以RV减速机的额定扭矩随输入转速下降非常明显。

3、减速器之间是否存在取代关系

正方观点:

RV减速器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。所以许多家的高精度机器人传动多采用RV减速器,因此,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。

这些产品在某些型号上确实存在替代关系,但这几类减速器只能实现部分替代。大部分情况下,各类减速器很难实现替换,比如在速比方面,谐波和RV的速比都要远远大于行星,所以小速比域是行星的天下。当然行星的速比是可以做大的,但是很难去替换谐波和RV。又比如刚性方面,行星和RV的刚性要好于谐波,在体现刚性的使用工况下,谐波很难有好的表现。

谐波减速器的点是轻和小,在这方面,行星和RV却很难做到。所以各类减速器只能在部分情况下可实现替换,但是如果种产品方位替换另种产品是不现实的。

反方观点:

各类减速器之间不能相互取代,而是种互补的关系。

RV和谐波这两种传动有互补性,但也不排除结构设计优化和制造工艺突破后,在中低载荷应用域形成局部竞争。