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RV减速机与谐波减速器的发展历程及区别?

发表时间: 2021-09-16 09:23:43

作者: 浙江塞纳德动力科技有限公司

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RV减速机与谐波减速器的发展历程及区别?

精密减速器作为工业机器人的核心部件,与一般减速器相比,要求具有传动链短、体积小、功率大、重量轻、易于控制等特点。

机器人主要有四个组成部分,包括本体成本22%、伺服系统24%、减速器36%和控制器12%。机器人的关键基础部件是指构成机器人传动系统、控制系统和人机交互系统的部件单元,对机器人的性能起着关键作用,具有通用性和模块化。机器人的关键基础部件主要分为以下三部分:高精度机器人减速器、高性能交流/DC伺服电机及驱动器、高性能机器人控制器。

有两种主要类型的减速器广泛用于铰接式机器人:

RV减速机和谐波减速器。

1 RV减速机和谐波减速器的发展历程。

谐波齿轮减速器主要由三个基本部件组成:波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮。柔性齿轮通过波发生器产生可控的弹性变形,与刚性齿轮啮合传递运动和动力。单级变速比可达70 ~ 1000。借助柔性齿轮变形,可以实现无侧隙反向啮合。与一般减速器相比,在输出扭矩相同的情况下,谐波齿轮减速器的体积可减少2/3,重量可减少1/2。柔轮承受较大的交变载荷,因此其材料的疲劳强度、加工和热处理要求高,制造工艺复杂。柔轮性能是高质量谐波齿轮减速器的关键。

谐波减速器诞生于上世纪美苏探月期间,主要是为了满足空间运动机构对减速器结构紧凑、重量轻、体积小、减速比大、传动效率高、传动精度高等迫切需求。机械传动的原理是摩擦谐波传动的实验模型最早由前苏联工程师A. Mocha Youweijin于1947年提出,而美国的C . WaltonMusser则是根据空间应用的需求于1953年发明了谐波减速器。美国专家麦秀用实验方法创造了28.6线齿廓谐波齿轮传动样品,并获得专利,完成系列化。为了实现传动,避免干涉和可制造性,他不得不将齿厚减少1/8节距。因此,28.6直线齿廓不是谐波齿轮的理论齿廓。通过实验测试和绘图获得。1955年获得美国专利,1960年在纽约展出谐波减速器。1961年,谐波减速传入中国,中国开始研究谐波减速的设计、制造和应用。它主要由三部分组成:刚性轮、柔性轮和波发生器。

美国、日本、德国等航天工业强国都有专门从事空间谐波生产和研究的研究所和公司。最著名的是HD公司,该公司成立了专门研究空间谐波减速器的研究部门,并开发了一系列用于航空航天的谐波减速器,以满足航天飞行器空间谐波减速器的应用要求。目前,HD公司已成为全球最著名的谐波传动装置制造商,完成了谐波传动装置的标准化、系列化。目前,谐波传动系统有限公司研发的双圆弧齿廓产品中超短杯型号CSD和SHD的柔轮长度仅为常规谐波传动柔轮的1/3,不仅增加了传动刚度,还大大降低了谐波减速器的质量。20世纪90年代以来,英国、法国、德国、瑞士、瑞典等欧洲国家不仅在机器人、数控机床等领域广泛应用谐波传动,而且开始在卫星等航天机构进行空间谐波传动的设计和应用研究。因此,欧美在谐波减速器的设计、制造、使用和空间润滑方面积累了丰富的经验和理论基础。

谐波传动技术在中国的发展可以追溯到20世纪60年代初。这项技术于1961年由上海纺织研究所引进中国。最初只用于军事和航空航天,直到80年代才用于民用。因此,小模数精密短筒柔轮谐波减速器是谐波传动的发展趋势。

同时(20世纪60年代),中国航空工业部303精密研究院的司、张维元、林祖南、范有红明确了谐波齿轮传动的机理:谐波齿轮传动副由三个部件(波发生器总成、钢轮、柔轮)组成。经过一段时间的研究分析,得出啮合副的机构是两个(柔性轮距曲线和刚性轮距圆)。由此推导出谐波齿轮传动的三个规律:1 .传动比只与刚性圆周和柔性圆周之差有关,波浪发生器的波数与波浪发生器的形状有关(如双波浪凸轮、四滚子、双偏心盘或凸轮等)。);2.节曲线与共轭齿廓有关;3.共轭齿廓应该有无数对一一对应。

此后,由李可梅、范有红等一批老科学家组成的七人研究小组,积极引进和研究开发了来自前苏联的这项技术。1983年,北京谐波研究所成立。1984年,“谐波减速器标准系列产品”在北京通过鉴定。1993年制定了GB/T14118-93谐波传动减速器标准,在理论研究、试制和应用方面取得了巨大成就,成为最早的。

随着第四次工业革命高潮的到来,智能软件和机器人关节部分的传动装置,其中软件已经成熟(集成化、模块化、标准化),关键问题是关节部分的传动机构、制造和高级工匠。

与国外相比,中国企业起步晚了20年,在质量控制和技术上与国际品牌还有差距。在无法判断质量差异的情况下,机器人企业优先选择国外品牌产品。

此外,我国制造减速机的高端设备严重短缺,国产减速机难以加快量产,导致产品成本居高不下。与国际品牌卖给国内机器人公司的价格相比,没有价格优势,抑制了中国减速机的R&D投资。

正因如此,国际减速机企业仍在实施差异化供应战略。比如Nabtesk、Hamernaco向ABB、FANUC、安川、KUKA等国际主流机器人厂商供货时,售价是ABB等企业采购价格的2-4倍,大大降低了本土机器人企业的利润率。

为了更好地满足国产机器人的需求,市场上涌现出了一批中国减速机制造商,2018年就有数百家,这也被称为中国减速机元年。

但由于技术沉淀少、行业积累少、成本高、市场拓展难等原因,目前专注于机器人领域减速器的厂商并不多,行业也发布了“国内有产品上市的减速器企业不超过10家”的判断。

RV减速机和谐波减速器的原理及优缺点。

RV减速机:

用于大扭矩机器人和大载荷工业机器人的腿腰和肘部三个关节,RV用于一、二、三轴。与谐波减速器相比,RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速器具有较高的疲劳强度、刚度和使用寿命,与谐波传动不同,运动精度会随着使用时间的增加而显著下降,其缺点是重量大、整体尺寸较大。

谐波减速器:

谐波减速器用于小负载工业机器人或大型机器人末端的几个轴,是一种谐波传动装置,包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括:刚性轮、柔性轮、轴承、波形发生器,缺一不可。其中,刚性轮的齿数略大于柔性轮。小型机器人用谐波减速器具有体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高、单级传动比大等特点。

两者啮合时齿差较小。不同的是谐波中的一个关键齿轮是柔性的,需要反复高速变形,所以比较脆,承载能力和寿命有限。RV通常采用摆线针轮,而以前谐波采用渐开线齿廓。现在有些厂家采用双圆弧齿廓,比渐开线齿廓先进得多。

减速器的两大巨头是Nabtesco和Hamonica Drive,它们几乎垄断了机器人的全球减速器。这两种减速器都具有微米级的加工精度,因此在大规模生产中很难有高可靠性,更不用说几千转的高速运转和长使用寿命了。

谐波减速器由四个基本部件组成:柔轮、波形发生器、刚性花键和轴承。

柔性轮的外径略小于刚性轮的内径。通常,柔性轮比刚性轮少2个齿。波发生器的椭圆形状决定了柔轮和刚轮的齿接触点分布在椭圆中心之间相对的两侧。在波发生器旋转过程中,柔性齿轮和刚性齿轮齿之间的接触部分开始啮合。当波发生器顺时针旋转180度时,柔轮相当于逆时针旋转一个齿数差的刚轮。超过30%的齿同时啮合在180°对称的两个位置,这也有助于其高扭矩传递。

与谐波减速器相比,RV变速器是在传统销摆行星变速器的基础上发展起来的一种新型变速器。它不仅克服了一般销摆传动的缺点,而且具有体积小、重量轻、传动比范围宽、使用寿命长、精度稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。

RV减速机由摆线针轮和行星支架组成,以其体积小、抗冲击能力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等优点,广泛应用于工业机器人、机床、医疗检验设备、卫星接收系统等领域。

RV减速机的壳体和摆线针轮由实心钢驱动,承载能力强。但是谐波减速器的柔轮可以不断变形传递扭矩,这就决定了谐波减速器承受大扭矩和冲击载荷的能力有限,所以一般用在前端。

RV减速机和谐波减速器的优缺点。

该谐波减速器结构简单紧凑,适用于小型化、中低负荷应用。

RV减速器刚性好,抗冲击能力强,传动平稳,精度高,适用于中重载。但RV减速器需要传递大量扭矩,承受大量过载冲击,保证预期的工作寿命,因此在设计上采用了相对复杂的过定位结构,使得制造工艺和成本控制困难。RV减速器内部没有弹性变形的应力元件,因此可以承受一定的扭矩。RV减速器的轴承是其薄弱环节,受力时容易突破轴承力的极限,导致轴承异常磨损或断裂。这一问题在高速运行时更为突出,因此RV减速器的额定扭矩随着输入速度的增加而明显降低。

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