【遠榮智能?技術】區分國內外諧波減速器創新技術 關鍵看這三點？

溫馨提示

　　由高工機器人發起的“2017高工機器人全國巡回研討會”即將隆重啟幕，將攜手機器人行業各領域的領軍企業在全國三大區域三十城展開深入巡回調研。

　　巡回報名聯系人：羅思娜  13632944360

　　作為二十世紀中期機械傳動領域的又一重大突破，諧波齒輪傳動是一種出現在彈性薄殼理論基礎上的新型的傳動技術。其傳動原理與普通齒輪傳動相比有本質的區別，它屬于柔性傳動方式，通過利用機械波控制柔性齒輪的彈性變形來傳遞運動和動力。

　　與普通減速機相比，諧波減速機具有如下優點：相同傳動比的減速機，諧波減速機的零件減少50%，體積和重量也均減少1/3左右；傳動比范圍比普通減速機大，由于同時嚙合的齒數較多，可達30-50%，故大大提高了其承載能力及傳動平穩性；功率范圍從幾瓦至幾十千瓦不等，無沖擊且噪聲小；同軸性好，運動精度也較高，具有較高的傳動效率，約為65%—96%；諧波減速機可實現向密閉空間，如密封諧波傳動減速裝置傳遞運動及動力，驅動那些工作在真空、含腐蝕性及其它有害介質的空間機構，這一獨特優點是其它傳動機構難以比擬的優勢；除此之外，諧波傳動還可用于實現諸如手搖發電機、風力發電機等高增速運動，以及方便的實現差速傳動。

　　在減速機市場，哈默納科占據了國際市場的大部分份額，而哈默納科的諧波減速機系列，不僅暢銷歐美市場，在中國市場更是擁有廣泛的擁躉，在用戶中頗具口碑，尤其是在對可靠性要求極高的工業機器人領域應用甚廣，并在半導體液晶生產設備、醫療器械、光學儀器、印刷機械等諸多行業盡顯優勢。

　　當然，國產機器人企業也在奮力追趕中，涌現出了像綠的諧波、北京中技克美、北京諧波傳動、浙江來福諧波等企業，其中，綠的諧波的諧波減速機在國內機器人諧波減速機市場的滲透率超過80%，市場占有率超過50%。

　　那么在技術創新上面，和哈默納科相比較，國產諧波減速機都有哪些技術上的不同？國內外減速機都有哪些各自的特點？

　　在此之前我們先來了解一下諧波減速機的工作原理：諧波減速機僅由3個基本部件構成：柔輪、波發生器和剛輪。柔輪的外徑略小于剛輪的內徑，通常柔輪比剛輪少2個齒，波發生器的橢圓型形狀決定了柔輪和剛輪的齒接觸點分布在介于橢圓中心的兩個對立面，波發生器轉動的過程中，柔輪和剛輪齒接觸部分開始嚙合，波發生器每正時針旋轉180°，柔輪就相當于鋼輪逆時針旋轉1個齒數差，在180°對稱的兩處，全部齒數的30%以上同時嚙合，這也造就了其高轉矩傳送。

　　創新技術關鍵詞一： 齒形的設計

　　通過對比我們發現，國產的減速器包括綠的和來福諧波都強調了齒形的設計，據來福諧波董事長張杰介紹齒形是各家都不一樣，這也是諧波減速器的差異化所在。

　　在微型諧波傳動領域，哈默納科于2005年向市場推出了“P”齒形，目前開發出了MHD8和MHD10兩個系列的產品，外徑最小為8mm，采用行星齒輪傳動式波發生器，傳動比為160、500和1000，質量最小為2.2g，重復精度可達10弧秒。

　　在諧波齒輪傳動中采用雙圓弧齒廓，可以有效改善柔輪齒根的應力狀況和傳動嚙合質量，提高承載能力、扭轉剛度和柔輪疲勞壽命，并可降低最小傳動比。哈默納科的IH齒形是基于余弦凸輪波發生器開發的雙圓弧齒形，由于采用近似方法設計，應用初期出現了齒廓干涉等問題，但是到1990年代初期已經基本完善。目前，哈默納科的諧波產品有十幾個類型，二十多個系列，最小傳動比為30，型號中帶有字母“S”的，其齒形為雙圓弧齒形，產品壟斷了主要國際市場。

　　在齒形的設計上面，綠的諧波跳出了傳統以 Willis 定理為基礎的漸開線齒輪設計，應用全新的齒形設計理論，設計出非共軛的諧波嚙合齒形，可以在大幅提高諧波減速機使用壽命的前提下，提高其輸出效率和扭矩承受能力。與國外同類產品齒形比較，全新的諧波嚙合齒形“P 型齒”克服了以往諧波嚙合齒形的缺點，通過一系列創新性的改進措施，能極大提高柔輪的使用壽命。

　　而浙江來福諧波諧波減速機采用的是δ齒形，該齒形是根據諧波的嚙合傳動特點，運用特殊的數學工具，在雙圓弧齒形的基礎上，結合國內外其它產品的相關齒形設計而成的。它具有接觸應力小、壽命長、嚙合性能好、噪音低、工作平穩的特點。同時，根據特定的工作要求，可很方便地設計出具有針對性應用的齒形。

　　創新關鍵詞二：柔輪的設計和處理工藝

　　柔輪的成型工藝是整個諧波減速器的中技術難點最大的，也是很多企業攥在手上的技術機密；而柔輪和鋼輪的材料、材質和熱處理是也是減速機需要突破的技術難關。

　　據悉，北京中技克美XB1系列（GB/T14118-93） XBI系列是諧波傳動減速器中是最常見，也是使用最廣泛的一類，其主要結構特點是采用杯狀柔輪，剛輪比柔輪多兩個齒。

　　根據不同的應用需求，北京中技克美還研制出了一系列的諧波減速機，XB3系列 XB3系列為扁平式，采用齒環柔輪，和兩個剛輪，其中輸入剛輪比柔輪多兩個齒，輸出剛輪的齒數與柔輪的相同，整體軸向尺寸較短，適用于軸向尺寸較受限制的場合；XBF系列 XBF系列中包括XBF2和XBF3系列，均為相位調節器用諧波傳動減速器系列，多用于印刷包裝機械之中，其結構是采用齒環柔輪、雙排柔輪軸承；XB2系列 XB2系列即速比在2000——100000范圍內的內嚙復波諧傳動減速器，其主要特點是傳動比特別大，采用雙排齒環形柔輪，雙排柔性軸承結構；R系列 R系列諧波傳動減速器是高精度諧波傳動產品，其外形及安裝與XB1系列相同，但精度較高（空回及運動誤差均小于3′ ）。

　　除了形狀之外，柔輪的材料和處理工藝也是影響波發生器性能的因素，日本哈默納科諧波減速機在柔輪材料上使用疲勞強度大的特殊鋼，與普通的傳動裝置不同，同時嚙合的齒數占總齒數的約30%，而且是面接觸，因此使得每個齒輪所承受的壓力變小，可獲得很高的轉矩容量。其超短杯型號CSD和SHD，柔輪長度僅有常規諧波傳動柔輪的1/3，既增加傳動剛度，又大幅度減輕了諧波減速器重量。

　　此外，哈默納科采用鋁等輕合金材料制造波發生器與減速器殼體等方式，減薄剛輪外緣以及改進連接結構等形式，使整機重量大幅度減輕，其輕量化諧波傳動產品系列在航空航天和機器人領域的應用日益廣泛。

　　而浙江來福諧波根據柔輪的工作特點，研制了特殊的柔輪材料，經過特殊的光整強化處理，處理后的柔輪具有很高的疲勞強度和疲勞壽命。

　　創新技術關鍵詞三：波發生器的疲勞性能

　　由諧波齒輪減速機工作原理及組成可知，波發生器是諧波齒輪減速機中的關鍵部件之一，其主要元件包括柔性薄壁軸承和波發生器凸輪。柔性軸承是波發生器的核心部件，在工作中，柔性軸承通過其彈性變形使減速機達到高減速比的性能要求，在循環交變載荷作用下極易發生疲勞失效，其疲勞壽命決定著波發生器的壽命，進而決定著整個減速機的使用壽命。

　　影響零部件疲勞性能的因素有很多，主要包括尺寸、表面形狀、平均應力等。通常可通過選擇合適的材料、結構的改進、尺寸大小的優化、表面強化處理、表面防護措施的添加、改進加工方式等方法提高零部件的疲勞性能。

　　據悉，凸輪式柔性波發生器能全面控制柔輪變形，承載能力大，剛度好，適于標準化批量生產，日本哈默納科就是采用IH齒形諧波減速機就是采用了余弦凸輪波發生器；而雙滾輪式波發生器結構簡單，但承載能力低，適于單件生產。

　　柔性軸承作為波發生器的核心部件，其使用壽命決定了減速機的使用壽命，因此柔性軸承的潤滑技術的創新顯得尤為重要，諧波減速機是油脂潤滑，不像使用油潤滑的RV減速機，只要油換的勤一點，壽命就長，諧波減速機可以說是一次性產品，使用了之后壞了就是壞了，這也是諧波減速機相比較其它類型的減速機的劣勢所在。

　　來福諧波根據諧波減速器的工作特點，研制開發了特種潤滑油脂，它具有優異的潤滑性和抗極壓性。

　　而北京中技克美研制成功了世界領先技術的全固體潤滑諧波傳動減速機，在低速輕載傳動的固體固體潤滑諧波傳動取得了成功，解決了在真空環境下普通的諧波減速機發熱引起柔輪斷裂的問題。

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