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由高工機器人發(fā)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(yè)各領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)在全國三大區(qū)域三十城展開深入巡回調(diào)研。
巡回報名聯(lián)系人：羅思娜 13632944360
作為二十世紀(jì)中期機械傳動領(lǐng)域的又一重大突破，諧波齒輪傳動是一種出現(xiàn)在彈性薄殼理論基礎(chǔ)上的新型的傳動技術(shù)。其傳動原理與普通齒輪傳動相比有本質(zhì)的區(qū)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(yōu)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(shù)較多，可達30-50%，故大大提高了其承載能力及傳動平穩(wěn)性；功率范圍從幾瓦至幾十千瓦不等，無沖擊且噪聲?。煌S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(xiàn)向密閉空間，如密封諧波傳動減速裝置傳遞運動及動力，驅(qū)動那些工作在真空、含腐蝕性及其它有害介質(zhì)的空間機構(gòu)，這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構(gòu)難以比擬的優(yōu)勢；除此之外，諧波傳動還可用于實現(xiàn)諸如手搖發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機等高增速運動，以及方便的實現(xiàn)差速傳動。
在減速機市場，哈默納科占據(jù)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(yè)機器人領(lǐng)域應(yīng)用甚廣，并在半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)設(shè)備、醫(yī)療器械、光學(xué)儀器、印刷機械等諸多行業(yè)盡顯優(yōu)勢。
當(dāng)然，國產(chǎn)機器人企業(yè)也在奮力追趕中，涌現(xiàn)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(yè)，其中，綠的諧波的諧波減速機在國內(nèi)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(shù)創(chuàng)新上面，和哈默納科相比較，國產(chǎn)諧波減速機都有哪些技術(shù)上的不同？國內(nèi)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(gòu)成：柔輪、波發(fā)生器和剛輪。柔輪的外徑略小于剛輪的內(nèi)徑，通常柔輪比剛輪少2個齒，波發(fā)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(fā)生器轉(zhuǎn)動的過程中，柔輪和剛輪齒接觸部分開始嚙合，波發(fā)生器每正時針旋轉(zhuǎn)180°，柔輪就相當(dāng)于鋼輪逆時針旋轉(zhuǎn)1個齒數(shù)差，在180°對稱的兩處，全部齒數(shù)的30%以上同時嚙合，這也造就了其高轉(zhuǎn)矩傳送。
創(chuàng)新技術(shù)關(guān)鍵詞一： 齒形的設(shè)計
通過對比我們發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)的減速器包括綠的和來福諧波都強調(diào)了齒形的設(shè)計，據(jù)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(lǐng)域，哈默納科于2005年向市場推出了“P”齒形，目前開發(fā)出了MHD8和MHD10兩個系列的產(chǎn)品，外徑最小為8mm，采用行星齒輪傳動式波發(fā)生器，傳動比為160、500和1000，質(zhì)量最小為2.2g，重復(fù)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(yīng)力狀況和傳動嚙合質(zhì)量，提高承載能力、扭轉(zhuǎn)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(fā)生器開發(fā)的雙圓弧齒形，由于采用近似方法設(shè)計，應(yīng)用初期出現(xiàn)了齒廓干涉等問題，但是到1990年代初期已經(jīng)基本完善。目前，哈默納科的諧波產(chǎn)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(chǎn)品壟斷了主要國際市場。
在齒形的設(shè)計上面，綠的諧波跳出了傳統(tǒng)以 Willis 定理為基礎(chǔ)的漸開線齒輪設(shè)計，應(yīng)用全新的齒形設(shè)計理論，設(shè)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(chǎn)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(chuàng)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(jù)諧波的嚙合傳動特點，運用特殊的數(shù)學(xué)工具，在雙圓弧齒形的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外其它產(chǎn)品的相關(guān)齒形設(shè)計而成的。它具有接觸應(yīng)力小、壽命長、嚙合性能好、噪音低、工作平穩(wěn)的特點。同時，根據(jù)特定的工作要求，可很方便地設(shè)計出具有針對性應(yīng)用的齒形。
創(chuàng)新關(guān)鍵詞二：柔輪的設(shè)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(shù)難點最大的，也是很多企業(yè)攥在手上的技術(shù)機密；而柔輪和鋼輪的材料、材質(zhì)和熱處理是也是減速機需要突破的技術(shù)難關(guān)。
據(jù)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(jié)構(gòu)特點是采用杯狀柔輪，剛輪比柔輪多兩個齒。
根據(jù)不同的應(yīng)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(huán)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(shù)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(diào)節(jié)器用諧波傳動減速器系列，多用于印刷包裝機械之中，其結(jié)構(gòu)是采用齒環(huán)柔輪、雙排柔輪軸承；XB2系列 XB2系列即速比在2000——100000范圍內(nèi)的內(nèi)嚙復(fù)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(huán)形柔輪，雙排柔性軸承結(jié)構(gòu)；R系列 R系列諧波傳動減速器是高精度諧波傳動產(chǎn)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(fā)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(shù)占總齒數(shù)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(zhuǎn)矩容量。其超短杯型號CSD和SHD，柔輪長度僅有常規(guī)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(fā)生器與減速器殼體等方式，減薄剛輪外緣以及改進連接結(jié)構(gòu)等形式，使整機重量大幅度減輕，其輕量化諧波傳動產(chǎn)品系列在航空航天和機器人領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。
而浙江來福諧波根據(jù)柔輪的工作特點，研制了特殊的柔輪材料，經(jīng)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(chuàng)新技術(shù)關(guān)鍵詞三：波發(fā)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(fā)生器是諧波齒輪減速機中的關(guān)鍵部件之一，其主要元件包括柔性薄壁軸承和波發(fā)生器凸輪。柔性軸承是波發(fā)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(huán)交變載荷作用下極易發(fā)生疲勞失效，其疲勞壽命決定著波發(fā)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(yīng)力等。通?？赏ㄟ^選擇合適的材料、結(jié)構(gòu)的改進、尺寸大小的優(yōu)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(jù)悉，凸輪式柔性波發(fā)生器能全面控制柔輪變形，承載能力大，剛度好，適于標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，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(fā)生器；而雙滾輪式波發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，但承載能力低，適于單件生產(chǎn)。
柔性軸承作為波發(fā)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(shù)的創(chuàng)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(chǎn)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(jù)諧波減速器的工作特點，研制開發(fā)了特種潤滑油脂，它具有優(yōu)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(lǐng)先技術(shù)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(huán)境下普通的諧波減速機發(fā)熱引起柔輪斷裂的問題。
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