山卓諧波,國產諧波減速器探索者

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,機器人特別是工業機器人等在各種場合代替人類勞動的經濟優勢逐漸凸顯。中國機器人產業的發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部位。隨著機器人輕量化、微小化發展,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生器,剛輪,柔輪三個部分組成。

減速器.png 

理論上當波發生器裝入柔輪內圓時,迫使柔輪產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;而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸,處于脫開狀態。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態。當波發生器連續轉動時,迫使柔輪不斷產生變形,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,產生了錯齒運動,也就是說當波發生器旋轉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,從而實現了波發生器與減速器輸出端的大減速比。

 諧波傳動.png 

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,沖擊小,噪音小。

據山卓技術人員說:諧波減速器理論上通過錯齒實現大減速比傳動,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,并產生振動和抖動等問題。山卓諧波通過合理的結構優化,合理分配柔輪局部剛度系數,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。

有限元模態分析柔輪的受力狀態.png 

有限元模態分析柔輪的受力狀態

由于諧波齒輪傳動在實際使用中的突出優點,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、常規武器、紡織、冶金、起重運輸機、醫療器械以及其他一些相關行業。

值得一提的是,在機器人行業,多年來全球工業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的快速發展,國產減速器逐漸被國產機器人企業大量選用,目前中國市場的減速器市場在國內越來越大,并且開始實現大量出口。

這是為什么呢?為什么近幾年國產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。

據國內某工業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,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勢和更好的服務體驗。

業內不具名人士透露,ABB、發那科、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常苛刻的合作條件,即在使用這家公司產品時不能再使用別家的產品,否則將解除合作關系。

技術:自主研發的產品可替代進口,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,國產精密減速器行業的技術取得了較大的突破,部分產品不僅在性能指標上追趕到日本頂級產品,而且在可靠性上也與國外相當。

山卓諧波技術負責人透露:目前山卓諧波經過7年的研發,無數次的產品迭代,通過專業設備檢測,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地研發并取得了較為完整的成果和自主產權體系。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,產品綜合性能和各項指標都趨近于國外品牌,其產品精度壽命達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值,山卓諧波也非常重視,通過自主研發的測試系統檢測諧波振動頻率相關參數,取得了較好的成果.下圖為山卓公司某型號產品測試振動加速度在(-2,2)之間,振動非常小,非常平穩的情況,其運行平順性高于某知名進口品牌。

山卓諧波.png

據悉,山卓諧波今年上半年,就已經接連獲多份訂單,截至10月31日,山卓諧波已經簽訂20000多臺的諧波減速器訂單”。

圖片呀呀呀.png 


 


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