机器人广泛应用于汽车制造、电气设备生产、食品机械加工等工业制造领域。随着我国人工成本的增加,机器人替代人工的趋势越来越明显,机器人生产的产品一致性好、装配精度高等优点也越来越受到厂商的重视。
目前全球机器人的成本主要由:减速器35%,伺服20%,控制系统15%,机器人本体的机械加工仅占15%左右。全球高端机器人主要由ABB、发那科、库卡等少数国际机器人公司控制,其使用的精密减速器75%由日本公司制造。
机器人行业使用的精密减速器可分为RV减速器、谐波减速器和行星减速器三种类型,其市场份额约为40%、40%和20%。
在关节型机器人中,RV减速器一般放置在底座、吊臂、肩膀等重负载的位置,而谐波减速器一般放置在前臂、手腕或手上。
RV减速器是RotaryVector减速器的简称,最早由日本发明。是传统摆线针轮和行星齿轮传动的新型混合,RV减速器的传动比较大(30-260)。
RV减速器的原理已经公开很久了,没有专利保护,和我们一直听到的都不一样。但全行业80%的房车减速器市场仍被日本占据,主要品牌为纳波茨克和住友。
RV减速器结构
RV减速器的传动装置由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成,是一个封闭的差动轮系。
主动太阳齿轮1与输入轴相连。如果渐开线中心轮1顺时针旋转,将带动三个呈120度排列的行星轮2绕中心轮轴公转,并逆时针旋转。三个曲轴3与行星轮2固定连接,并以相同的速度旋转。两个相位差为180度的摆线轮4铰接在三个曲轴上,并与固定针轮啮合。当它们的轴围绕针轮轴旋转时,它们也会向相反的方向旋转。输出机构(即行星架)6由安装在其上的三对曲轴支撑轴承驱动,并以11的速度比在摆线轮上传递旋转矢量。(如下图所示)
RV减速器工作原理
RV减速器制造的关键难点在于各工序的紧密配合,包括:齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等。这些过程的装配公差的总分布导致产品的磨损和寿命。
国内RV减速机厂家主要有南通振康、恒丰泰。南通振康2017年产量达到200多台,产品已被多家机器人厂商试用,包括ABB、库卡、发那科以及国内的埃弗特、埃斯顿等企业。
减速器减速是通过大小齿轮之间简单的传动原理实现的,其转速与齿数成反比。但是要达到大的传动比,如果用我们平时看到的圆柱齿轮,整个齿轮减速器的体积会非常大。体积越小越好怎么办?
谐波减速器是要嵌入齿轮的!
谐波齿轮传动主要由四个基本部件组成:波形发生器、柔性齿轮、柔性轴承和刚性齿轮。
谐波减速器结构
谐波传动减速器是齿轮传动的一种,它依靠波发生器加装柔性轴承,使柔性齿轮产生可控的弹性变形,与刚性齿轮啮合传递运动和动力。(如下图所示)
谐波减速器的工作原理
谐波减速器的技术难点主要体现在柔轮的寿命和加工精度上。
1970年10月,长谷川齿车株式会社与美国USM公司达成协议,双方各出资50%,在东京都大田区南六乡丁目3号13、24号设立HarmonicDriveSystemsInc(Hamernaco)。公司分别于2002年和2004年在德国和美国上市发行股票,并设立了德国和美国子公司,负责产品在欧洲和美国的销售。哈纳科J
中国于1961年开始谐波传动的研究和发展。截至目前,以北京中基科美谐波传动有限公司、北京谐波传动技术研究所为代表的国内已有数十家单位从事该领域的研究和生产,并相继开发出各种类型的谐波齿轮传动。目前,我国谐波传动装置的制造能力有限,国内谐波传动行业存在的主要问题是规模小、产品种类少、研发人员和投入不足等。
目前国内能与哈默纳科抗衡的企业也不在少数。
总的来说,中国精密减速器受到材料和精密加工两个领域的制约。
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