山卓諧波,國產(chǎn)諧波減速器探索者
文:深圳市山卓諧波傳動科技有限公司2019年第六期
隨著我國人力成本的快速上漲,機器人特別是工業(yè)機器人等在各種場合代替人類勞動的經(jīng)濟優(yōu)勢逐漸凸顯。中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來革命性的春天。
減速器作為機器人運動的核心部件,對機器人所需輸出的角速度相對較低,而動力源電機有轉速較高的綜合特點,減速器的精度和性能決定了機器人整機的精度和綜合性能。因此減速器是機器人不可缺少的部件。
目前應用于機器人領域的減速機主要有兩種:RV減速器和諧波減速器。其中,諧波減速器技術要求高,非常適用于中小型機器人關節(jié)部位。隨著機器人輕量化、微小化發(fā)展,特別是隨著家用智能機器人的逐漸普及,諧波減速器的市場需求將會越來越大。諧波減速器主要由波發(fā)生器,剛輪,柔輪三個部分組成。
理論上當波發(fā)生器裝入柔輪內圓時,迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀,使其長軸處柔輪齒輪插入剛輪的輪齒槽內,成為完全嚙臺狀態(tài);而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸,處于脫開狀態(tài)。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當波發(fā)生器連續(xù)轉動時,迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形,使兩輪輪齒在進行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài),產(chǎn)生了錯齒運動,也就是說當波發(fā)生器旋轉1周,柔輪與剛輪會相互錯開若干齒,即相對旋轉一個小角度,從而實現(xiàn)了波發(fā)生器與減速器輸出端的大減速比。
諧波傳動的特性:
1)精度高,多齒在兩個180度對稱位置同時嚙合,因此齒輪齒距誤差和累積齒距誤差對旋轉精度的影響較為平均,可得到極高的位置精度和旋轉精度;
2)傳動比大;
3)承載能力高;
4)體積小,重量輕;
5)傳動效率高,壽命長;
6)傳動平穩(wěn),沖擊小,噪音小。
據(jù)山卓技術人員說:諧波減速器理論上通過錯齒實現(xiàn)大減速比傳動,但由于實際工況下,減速器負載較大,使得減速器柔輪軸向彎曲變形和徑向扭轉變形大大增加,使得柔輪呈鳥巢狀,這直接影響減速器的振動輸出,并產(chǎn)生振動和抖動等問題。山卓諧波通過合理的結構優(yōu)化,合理分配柔輪局部剛度系數(shù),使柔輪在負載下變形與理論形狀無限接近,大大降低柔輪負載下軸向彎曲和徑向扭轉變形,大大提高減速器的綜合性能。
有限元模態(tài)分析柔輪的受力狀態(tài)
由于諧波齒輪傳動在實際使用中的突出優(yōu)點,近幾十年來,這種傳動已由在機器人中的應用,迅速推廣到航天飛行器和飛機、能源、雷達、通訊、機床、儀表、造船、汽車、常規(guī)武器、紡織、冶金、起重運輸機、醫(yī)療器械以及其他一些相關行業(yè)。
值得一提的是,在機器人行業(yè),多年來全球工業(yè)機器人用的精密減速器基本為日本所壟斷,最近幾年,隨著國內減速器行業(yè)的快速發(fā)展,國產(chǎn)減速器逐漸被國產(chǎn)機器人企業(yè)大量選用,目前中國市場的減速器市場在國內越來越大,并且開始實現(xiàn)大量出口。
這是為什么呢?為什么近幾年國產(chǎn)機器人用諧波減速器能獲得大量的市場和認識,是技術的突破,還是成本相對進口機器人低而讓企業(yè)更容易接受?或者是兩者兼而有之?讓我們來聽聽工程師們是怎么說的。
成本:大大降低,但并非本質原因。
據(jù)國內某工業(yè)機器人工程師講的一個例子:國外某品牌一款減速器,賣給國內機器人企業(yè)的價格是主流機器人廠商包括:ABB,FANUC,KUKA等價格的三倍,且供貨周期較長,難以滿足市場需求。一臺6軸機器人需要6臺減速器,減速器的成本占總成本的三分之一以上,可想而知減速器成本的重要性。且國內諧波減速器價格優(yōu),交貨周期短,物流成本低,技術支持快,給客戶帶來了更多的競爭優(yōu)勢和更好的服務體驗。
業(yè)內不具名人士透露,ABB、發(fā)那科、安川、庫卡等國際主流機器人整機廠商均由日本某公司提供諧波減速器,并且與該公司有著非??量痰暮献鳁l件,即在使用這家公司產(chǎn)品時不能再使用別家的產(chǎn)品,否則將解除合作關系。
技術:自主研發(fā)的產(chǎn)品可替代進口,以客戶需求為導向,更易被客戶認可。
在國外的技術相對封鎖、國內市場和資本的刺激以及國家的扶持力度加大等綜合作用下,國產(chǎn)精密減速器行業(yè)的技術取得了較大的突破,部分產(chǎn)品不僅在性能指標上追趕到日本頂級產(chǎn)品,而且在可靠性上也與國外相當。
山卓諧波技術負責人透露:目前山卓諧波經(jīng)過7年的研發(fā),無數(shù)次的產(chǎn)品迭代,通過專業(yè)設備檢測,在諧波減速器材料、設計、制造、裝配和測試等方面進行了系統(tǒng)地研發(fā)并取得了較為完整的成果和自主產(chǎn)權體系。特別是在減速器性能指標和壽命可靠性方面有了獨特的研究成果,產(chǎn)品綜合性能和各項指標都趨近于國外品牌,其產(chǎn)品精度壽命達20000小時,傳動效率高達80%,極限負載高于國標二倍。
對于國標上沒有參考標準的諧波減速器振動數(shù)值,山卓諧波也非常重視,通過自主研發(fā)的測試系統(tǒng)檢測諧波振動頻率相關參數(shù),取得了較好的成果.下圖為山卓公司某型號產(chǎn)品測試振動加速度在(-2,2)之間,振動非常小,非常平穩(wěn)的情況,其運行平順性高于某知名進口品牌。
據(jù)悉,山卓諧波今年上半年,就已經(jīng)接連獲多份訂單,截至10月31日,山卓諧波已經(jīng)簽訂20000多臺的諧波減速器訂單”。
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