RV减速器和谐波减速器

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1、RV减速器与谐波减速器的调研报告 当我们在无限憧憬机器人时代的时候，我们却很少知道在机器人的所有零部件中，有两样东西一直是我们国人无法跨越过去的障碍，那就是伺服电机和精密减速器。随着自动化和电子电气理论的日趋成熟，国人在伺服电机方面已经迈出了坚实的一步，虽然在目前国内的伺服电机75%仍然依靠进口，但对于中小功率的伺服电机，中国不少企业，如深圳的英威腾、汇川科技，大连的安迪的产品已经可以在性能上基本满足中国企业的需求。可是对于精密减速器，特别是机器人关节上需要使用的RV减速器和谐波减速器，目前国内的研究仍然停留在论文和数据库当中，翻遍所有关于生产这两种减速器的国产厂家，我们仍然难以找出哪怕一家产

2、品可以在性能上满足国内机器人产业的需求。 直到今天，中国仍然不具备设计和制造这两种减速器的能力。“十二五”时期，国家“863”计划将其列入重点攻克的技术瓶颈。国内顶尖大学和科研机构几年攻关也只有论文，没有实物。那么，我们与国外在精密减速器方面的差距到底在哪里？为什么在专利技术早已公开的今天，我们仍然难以跨过这道已经成型了近半个世纪的鸿沟？为什么机器人要用RV减速器和谐波减速器？ 我们常用的减速大致有下面几类；摆线减速器、硬齿面圆柱齿轮减速器、行星齿轮减速器、软齿面减速器、三环减速器、起重机减速器、蜗杆减速器、轴装式硬齿面减速器、无级变速器。而RV减速器和谐波减速器与上述几种减速的区别在于，RV

3、减速器是行星减速器和摆线减速器的组成的一个二级减速器，谐波减速器则是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。这两种减速器相对于其它减速器而言，具有以下的优势：(1)传动速比大，(2)承载能力高，(3)传动精度高，(4)传动效率高、运动平稳，(5)结构简单、零件数少、安装方便，(6)体积小、重量轻，。传统的齿轮减速器体积大，重量重，减速比小，传统效率低下，特别是在无法消除多级减速后的累积误差，对于机器人在控制末端精度要求甚高的工况下，目前只有RV和谐波减速器可以胜任。RV减速器和谐波减速器的发展史RV减速器的诞生 德国人劳伦兹勃朗于1926年创造性

4、地提出了一种少齿差行星传动机构，它是用外摆线作为齿廓曲线的，这就是最早期的针摆行星传动，由于两个啮合齿轮其中之一采用了针轮的形式，这种传动也被称做摆线针轮行星齿轮传动。RV传动一种全新的传动方式，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。 1、1926年德国人劳伦兹勃朗于创造性地提出RV减速机原理2、1931年劳伦兹勃朗在德国慕尼黑创建了“赛古乐”股份有限公司，最先开始了摆线减速器的制造和销售3、1939年，日本住友公司和“赛古乐”公司签定了技术合作协议，并生产销售；4、

5、1944年，日本帝人精机成立，这个未来的RV减速机霸主，在飞机制造、纺织机械、机床等多个行业硕果累累；5、1950年-1960年，摆线磨床的出现，解决了摆线齿形的精度不高的难题，使摆线传动得到了进一步的发展。6、1956年，日本纳博克公司发售全球第一个自动门，在市场上展露头角。7、1980年左右，日本帝人精机提出RV传动理论，着手应用于机器人行业。8、1986年，日本帝人精机RV减速机正式大规模生产，取得成功；9、2003年，帝人精机和纳博克合并组成Nabtesco(纳博特斯克)公司，并取得快速发展，现在已成为RV减速机行业的领头羊，占据了60%以上的市场，特别在中/重负荷机器人上，其RV减速

6、机市场占有率高达90%。谐波减速器的诞生 20世纪50年代中期，随着全球科学技术的发展，美国人马瑟在薄壳弹性变形理论基础上，应用金属的挠性和弹性力学原理发明出来一种新型谐波传动技术。谐波传动技术主要应用于航空航天、工业机器人、精密设备仪器、雷达通讯设备、印刷机械、纺织机械、半导体工业晶圆传送装置、印刷包装机械、医疗器械、金属成型机械、仪器仪表、光学制造仪器、核设施及空气动力实验研究等领域。 谐波传动这项新型技术的出现便引起了各国的重视。1970年引入日本，随之诞生了日本第一家整体运动控制的领军企业-日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)。日本HDSI公司生产的Ha

7、rmonicDrive谐波减速器，具有轻量、小型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点，被广泛应用于各种传动系统中。HDSI主要生产和销售各种精密减速装置，当之无愧为整体运动控制的领军企业。为了涵盖谐波减速器不能覆盖到的低减速比领域，HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺，可使行星齿轮啮合得更紧、消除背隙，从而将传动误差控制在精密范围内。HDSI最初只是在其国内发展，与之有着长久合作关系的有安川电机、三菱电机及发那科等企业。近年来，中国工业机器人产业进入新的历史机遇期，以ABB、KUKA、安川、发那科为代表的国际机器人企业纷纷大举进入中国

8、，设立工厂，抢占市场份额。在中国，如手机制造、半导体、液晶生产机械等行业，对小型机器人的需求也是越来越旺盛，然而对于国内的工业机器人而言，特别是谐波减速器、伺服电机、控制系统等还需大量依赖进口，这就导致了其竞争力还与国外企业有差距，但是这些又是工业机器人的上游部件、关键部件。据国际机器人联盟(IFR)统计，2012年中国共进口工业机器人约2.2万台，中国将是全球增长最快的工业机器人市场。HDSI的谐波减速器是小型工业机器人(20kg以下)或者关节臂上不可取代的部件，这为其拓展中国大陆市场带来了新的契机。2011年1月，HDSI在华成立设立哈默纳科(上海)商贸有限公司，该公司为其在华投资设立的全

9、资销售子公司。主要负责HDSI产品在中国大陆的销售、选型等技术支持及售后服务。HDSI早期的产品主要是减速机等机械产品，时至今日，HDSI的主打产品又加上了众多的机电一体化产品。在减速机方面，HDSI主要有HarmonicDrive(谐波齿轮传动减速机)和HarmonicPlanetary(行星齿轮减速机)。其生产的HarmonicDrive谐波减速机，基本上主导了主要国际市场，具有其他减速机不具备的特点：高旋转精度/高定位精度、小型/轻量、传动效率高、高减速比、减速范围广、精度高、高转矩容量、无齿隙、高效率及安静运行等特点，被广泛应用于各种传动系统中。为了涵盖谐波减速机不能覆盖到的低减速比领

10、域，HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮啮合得更紧、消除背隙，从而将传动误差控制在精密范围内。RV减速器和谐波减速器的机械结构RV减速器的机械结构 RV减速器可以分为两部分，第一部分分为正齿轮减速机构，输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮，按齿数比进行减速。第二部分为差动齿轮减速机构，直齿轮与曲柄轴相连接，变为第二减速部的输入。在曲柄轴的偏心部分，通过滚动轴承安装RV齿轮。另外，在外壳内侧仅比RV齿轮数多一个的针齿，以同等的齿距排列。如果固定外壳转动直齿轮，则RV齿轮由于曲柄轴的偏心运动也进行偏心运动。此时如果曲柄轴转动

11、一周，则RV齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿。这个转动被输出到第2减速部的轴。将轴固定时，外壳侧成为输出侧。谐波减速的机械结构 谐波减速器主要由三个基本构件组成： （1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮； （2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮； （3）波发生器H，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔

12、轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以 n 表示。常用的是双波和三波两种。双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。故为目前应用最广的一

13、种。（1） 刚轮固定，柔轮输出波发生器主动，单级减速，结构简单，传动比范围较大，效率较高，应用极广，i=75500。（2) 柔轮固定,刚轮输出波发生器主动，单级减速，结构简单，传动比范围较大，效率较高，可用于中小型减速器，i=75500。(3) 波发生器固定刚轮输出柔轮主动，单级微小减速，传动比准确，适用于高精度微调传动装置，i=1.0021.015。RV减速器与谐波减速器的性能对比RV减速器的性能 主要优点 (l)传动比范围大； (2)扭转刚度大，输出机构即为两端支承的行星架，用行星架左端的刚性大圆盘输出，大圆盘与工作机构用螺栓联结，其扭转刚度远大于一般摆线针轮行星减速器的输出机构。在额定转

14、矩下，弹性回差小； (3)只要设计合理，制造装配精度保证，就可获得高精度和小间隙回差； (4)传动效率高； (5)传递同样转矩与功率时的体积小(或者说单位体积的承载能力大)，RV减速器由于第一级用了三个行星轮，特别是第二级，摆线针轮为硬齿面多齿啮合，这本身就决定了它可以用小的体积传递大的转矩，又加上在结构设计中，让传动机构置于行星架的支承主轴承内，使轴向尺寸大大缩小，所有上述因素使传动总体积大为减小。 主要缺点 RV减速器的技术难点在于该部件需要保证传递很大的扭矩，承受很大的过载冲击，并保证预期的工作寿命，因而在设计上使用了过定位结构，这使得零件加工精度要求极高，加工十分困难。 应用范围 RV

15、系列蜗轮减速机可广泛应用于冶金、矿山、输送、水利、化工、食品、饮料、纺织、烟草、包装、环保等众多行业和领域工艺装备的机械减速装置，深受用户的好评、是目前现代工业装备实现大速比低噪音、高稳定机械减速传动控制装置的最佳选择。特别是对于工业机器人，机床加工台，焊接定位器，自动托盘，运输机械手，数控机床刀库，等需要精密定位又需要传递大扭矩的设备，RV减速器更是显现出来无可比拟的优势。谐波减速器的性能 主要优点 (1)传动速比大。单级谐波齿轮传动速比范围为70320，在某些装置中可达到1000，多级传动速比可达30000以上。它不仅可用于减速，也可用于增速的场合。 (2)承载能力高。这是因为谐波齿轮传动

16、中同时啮合的齿数多，双波传动同时啮合的齿数可达总齿数的30以上，而且柔轮采用了高强度材料，齿与齿之间是面接触。 (3)传动精度高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，误差平均化，即多齿啮合对误差有相互补偿作用，故传动精度高。在齿轮精度等级相同的情况下，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。同时可采用微量改变波发生器的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小，甚至能做到无侧隙啮合，故谐波齿轮减速机传动空程小，适用于反向转动。 (4)传动效率高、运动平稳。由于柔轮轮齿在传动过程中作均匀的径向移动，因此，即使输入速度很高，轮齿的相对滑移速度仍是极低(故为普通渐开线齿轮传动的百分之)，所以，轮齿磨损小，

17、效率高(可达69%96)。又由于啮入和啮出时，齿轮的两侧都参加工作，因而无冲击现象，运动平稳。 (5)结构简单、零件数少、安装方便。仅有三个基本构件，且输入与输出轴同轴线，所以结构简单，安装方便。 (6)体积小、重量轻。与一般减速机比较，输出力矩相同时，谐波齿轮减速机的体积可减小 23，重量可减轻12. (7)可向密闭空间传递运动。利用柔轮的柔性特点，轮传动的这一可贵优点是现有其他传动无法比拟的。 主要缺点 (1)柔轮周期性地发生变形，因而产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏。 (2)转动惯量和起动力矩大，不宜用于小功率的跟踪传动。 (3)不能用于传动速比小于35的场合。 (4)采用滚子波发生器(自由变形波)的谐波传动，其瞬时传动比不是常数。 (5)散热条件差。 应用范围 谐波齿轮减速机在航空、航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械、机床、仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用，特别是在高动态性能的伺服系统中，采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到几十千瓦，但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场合。