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          工業機器人核心部件-諧波減速器(機)講解

          2015-05-20 22:40:13 保定格魯夫機械有限公司 www.3noobs.com 點擊數:
          工業機器人核心部件-諧波減速器(機)講解

          實拍圖片

          圖片3圖片4



          機器人驅動系統要求傳動系統間隙小、剛度大、輸出扭矩高以及減速比大,常用減速機構有:
           1RV減速機構;
           2諧波減速機械;
           3擺線針輪減速機構;
           4行星齒輪減速機械;
           5)無側隙減速機構;
           6蝸輪減速機構;
           7滾珠絲杠機構;
           8金屬帶齒形減速機構;圖片6
           9)球減速機構。 
          其中諧波減速器廣泛應用于小型的六軸搬運裝配機械手中,下面介紹其工作原理。
          圖片5



          諧波齒輪減速器是利用行星齒輪傳動原理發展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動(簡稱諧波傳動),它是依靠柔性零件產生彈性機械波來傳遞動力運動的一種行星齒輪傳動。 
          (一)傳動原理 
          它主要由三個基本構件組成:
          (1)帶有內齒圈剛性齒輪剛輪2,它相當于行星系中的中心輪; 
          (2)帶有外齒圈的柔性齒輪柔輪1,它相當于行星齒輪;
          (3波發生器H,它相當于行星架。
          作為減速器使用,通常采用波發生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。 
          波發生器H是一個桿狀部件,其兩端裝有滾動軸承構成滾輪,與柔輪1的內壁相互壓緊。柔輪為可產生較大彈性變形的薄壁齒輪,其內孔直徑略小于波發生器的總長。波發生器是使柔輪產生可控彈性變形的構件。當波發生器裝入柔輪后,迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形,其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合,而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。周長上其他區段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態。當波發生器沿圖示方向連續轉動時,柔輪的變形不斷改變,使柔輪剛輪的嚙合狀態也不斷改變,由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……,周而復始地進行,從而實現柔輪相對剛輪沿波發生器H相反方向的緩慢旋轉。 
          傳動過程中,波發生器轉一周,柔輪上某點變形的循環次數稱為波數,以 n 表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動柔輪應力較小,結構比較簡單,易于獲得大的傳動比。故為目前應用最廣的一種。 
          諧波齒輪傳動柔輪剛輪的周節相同,但齒數不等,通常采用剛輪柔輪齒數差等于波數,即
          z2z1=n
          式中 z2、z2--分別為剛輪柔輪的齒數。 
          剛輪固定、發生器主動、柔輪從動時,諧波齒輪傳動傳動比為 
          i=-z1/(z2-z1)
          雙波傳動中,z2z1=2,柔輪齒數很多。上式負號表示柔輪的轉向與波發生器的轉向相反。由此可看出,諧波減速器可獲得很大的傳動比。 
          (二)特點 
          1.承載能力高 諧波傳動中,齒與齒的嚙合是面接觸,加上同時嚙合齒數(重疊系數)比較多,因而單位面積載荷小,承載能力較其他傳動形式高。 
          2傳動比大 單級諧波齒輪傳動傳動比,可達 i=70500。 
          3.體積小、重量輕。 
          4傳動效率高、壽命長。 
          5傳動平穩、無沖擊,無噪音,運動精度高。
          6.由于柔輪承受較大的交變載荷,因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高,工藝復雜。
          諧波減速器在國內于六七十年代才開始研制,到目前已有不少廠家專門生產,并形成系列化。廣泛應用于電子、航天航空、機器人等行業,由于它的獨特優點,在化工行業的應用也逐漸增多。 
          圖片7圖片8圖片9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,即柔輪外齒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。

          圖片10(1) 結構型式

              諧波傳動減速器包括三個基本構件波發生器、柔輪、剛輪(如圖1所示)。三個構件中可任意固定一個,其余兩個一為主動,一為從動,可實現減速或增速(固定傳動比),也可變成兩個輸入,一個輸出,組成差動傳動。

          圖片11圖1

              (2) 工作原理

              諧波傳動減速器的工作原理如圖2a、b、c、d所示,當剛輪固定,波發生器為主動,柔輪為從動時,柔輪在橢圓形的波發生器作用下產生變形,在波發生器長軸兩端處的柔輪輪齒與剛輪輪齒完全嚙合;在波發生器短軸兩端處,柔輪輪齒與剛輪輪齒完全脫開;在橢圓長軸兩側,柔輪輪齒與剛輪輪齒處于不完全嚙合狀態。在波發生器長軸旋轉的正方向一側,稱為嚙入區;在長軸旋轉的反方向一側,稱為嚙出區。由于波發生器的連續轉動,使得嚙入、完全嚙合、嚙出、完全脫開這四種情況依次變化,循環不已。由于柔輪剛輪的齒數少2個,所以當波發生器轉動一周時,柔輪向相反方向轉過兩個齒的角度,從而實現了大的減速比。

          圖片12圖2

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