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深圳市新天宇科技有限公司

工業機器人諧波減速器

注:工業機器人諧波減速器項目在研發、試制與測試階段,預計2016年底小批量試產。


諧波齒輪減速器的基本構造

      如圖3-1所示,諧波齒輪傳動主要構件有三個,剛輪(Circular Spline)、柔輪(Flex spline)和波發生器(Wave generator)固定其中一件,其余兩件,一為主動,另一為從動,其相互關系可以根據需要變換,一般均以波發生器為主動。


波發生器

    波發生器是一個安裝于橢圓形輪毅上的薄壁球軸承,而橢圓形輪毅一般安裝在諧波減速器的輸入軸上作為減速器的扭矩發生器。


柔輪

柔輪在自然狀態下是一個柔性的薄壁杯形圓柱筒,筒外壁上有輪齒,節圓直徑略小于剛輪齒節圓直徑。柔輪貼裝于波發生器上并發生變形,變形后的形狀由波發生器的外輪廓決定,一般為橢圓筒。


剛輪

     剛輪是一個有內齒的剛性環,內齒在波發生器的長軸方向與柔輪的外齒嚙合,且齒數比柔輪多2個。剛輪一般安裝于殼體上,作為諧波減速器的固定元件。


諧波減速器的原理

當波發生器為主動時,凸輪在柔輪內轉動,就近使柔輪及薄壁軸承發生變形(可控的彈性變形),這時柔輪的齒就在變形的過程中進入(嚙合)或退出(嚙離)剛輪的齒間,在波發生器的長軸處處于完全嚙合,而短軸方向的齒就處在完全的脫開。   

波發生器通常成橢圓形的凸輪,將凸輪裝入薄壁軸承內,再將它們裝入柔輪內。此時柔輪由原來的圓形而變成橢圓形,橢圓長軸兩端的柔輪與之配合的剛輪齒則處于完全嚙合狀態,即柔輪的外齒與剛輪的內齒沿齒高嚙合。這是嚙合區,一般有30%左右的齒處在嚙合狀態;橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開狀態,簡稱脫開;在波發生器長軸和短軸之間的柔輪齒,沿柔輪周長的不同區段內,有的逐漸退出剛輪齒間,處在半脫開狀態,稱之為嚙出。   

波發生器在柔輪內轉動時,迫使柔輪產生連續的彈性變形,此時波發生器的連續轉動,就使柔輪齒的嚙入—嚙合—嚙出—脫開這四種狀態循環往復不斷地改變各自原來的嚙合狀態。這種現象稱之錯齒運動,正是這一錯齒運動,作為減速器就可將輸入的高速轉動變為輸出的低速轉動。   

對于雙波發生器的諧波齒輪傳動,當波發生器順時針轉動1/8周時,柔輪齒與剛輪齒就由原來的嚙入狀態而成嚙合狀態,而原來脫開狀態就成為嚙入狀態。同樣道理,嚙出變為脫開,嚙合變為嚙出,這樣柔輪相對剛輪轉動(角位移)了1/4齒;同理,波發生器再轉動1/8周時,重復上述過程,這時柔輪位移一個齒距。依此類推,波發生器相對剛輪轉動一周時,柔輪相對剛輪的位移為兩個齒距。   

柔輪齒和剛輪齒在節圓處嚙合過程就如同兩個純滾動(無滑動)的圓環一樣,兩者在任何瞬間,在節圓上轉過的弧長必須相等。由于柔輪比剛輪在節圓周長上少了兩個齒距,所以柔輪在嚙合過程中,就必須相對剛輪轉過兩個齒距的角位移,這個角位移正是減速器輸出軸的轉動,從而實現了減速的目的。   

波發生器的連續轉動,迫使柔輪上的一點不斷的改變位置,這時在柔輪的節圓的任一點,隨著波發生器角位移的過程,形成一個上下左右相對稱的和諧波,故稱之為:“諧波”。下圖3-2是諧波傳動的原理圖:


NEWSKY諧波減速器的開發現狀

自2015年10月開始,新天宇開始自行設計開發諧波減速器,先已通過設計、樣品試制階段,現正進行量產性評估和測試階段。從目前的效果看,齒面嚙合、噪音、可靠性都較好地通過了驗證,預計16年底前可有小批量生產和測試。(注:下圖為試制品)





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